EP2002110A1 - Verfahren zur vorwärmung von einspritzinjektoren von brennkraftmaschinen - Google Patents

Verfahren zur vorwärmung von einspritzinjektoren von brennkraftmaschinen

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EP2002110A1
EP2002110A1 EP07701330A EP07701330A EP2002110A1 EP 2002110 A1 EP2002110 A1 EP 2002110A1 EP 07701330 A EP07701330 A EP 07701330A EP 07701330 A EP07701330 A EP 07701330A EP 2002110 A1 EP2002110 A1 EP 2002110A1
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EP
European Patent Office
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coil
current
electromagnet
preheating
valve
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EP07701330A
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English (en)
French (fr)
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EP2002110B1 (de
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Jaroslav Hlousek
Gerhard Rehbichler
Johannes Schnedt
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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Publication of EP2002110B1 publication Critical patent/EP2002110B1/de
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    • F02M51/06—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle
    • F02M51/061—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle using electromagnetic operating means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02M53/04—Injectors with heating, cooling, or thermally-insulating means
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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
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    • Y10T137/00—Fluid handling
    • Y10T137/6416—With heating or cooling of the system
    • Y10T137/6606—With electric heating element

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for preheating at least one of a controllable by an electromagnet valve injection injectors of internal combustion engines, wherein the coil of the electromagnet is energized before starting the engine.
  • an injector for an injection system in particular for a common-rail diesel injection system consists of several parts, which are usually held together by a nozzle retaining nut.
  • a nozzle needle In the body of the actual injector nozzle, a nozzle needle is guided longitudinally displaceable, which has a plurality of open spaces over which fuel from the nozzle antechamber to the nozzle needle tip can flow.
  • At the nozzle needle tip is usually a sealing seat, which prevents the closed nozzle needle, that fuel enters the combustion chamber.
  • the nozzle needle has a collar on the circumference, on which a compression spring is supported, which acts closing on the nozzle needle.
  • the nozzle needle tip opposite end of the nozzle needle opens into a control chamber, which is acted upon by pressurized fuel.
  • At least one inlet channel and at least one outlet channel can be connected to this control chamber. All connected channels can have at least one throttle point.
  • the pressure in the control room can control a control valve, which usually operates a solenoid. When the valve is actuated, fuel can flow out of the control chamber so that the pressure drops there. Below an adjustable control chamber pressure, the fuel pressure at the sealing seat opens the nozzle needle, and fuel is injected into the combustion chamber via at least one injection hole. The flow rates through the individual choked channels determine the opening and closing speed of the nozzle needle. If such an injector operated with highly viscous fuels - such as heavy oil - it may be necessary to heat the fuel in order to achieve the necessary injection viscosity.
  • No. 5,201,341 A shows and describes an electromagnetic valve for controlling a fluid flow, as can be used in fuel injectors, in which the fuel to be heated is heated by a fluctuating magnetic field which is generated by the coil of an electromagnet.
  • DE 10100375 A1 shows and describes a method for operating a fuel oil burner with an atomizer device which has a nozzle body through which fuel oil can flow and which can be heated by electrical energy, in which the heating energy for heating the fuel oil is introduced by suitable energization of the actuator coil of a solenoid valve.
  • the heating is effected by the current supplied to the actuator both during the actuation phase of the solenoid valve and during the heating phase with the solenoid valve closed.
  • the magnet coil on the fuel injector is in this case connected as a heating element, which on the one hand saves an additional heating element, which saves costs and installation space, and on the other hand is ensured by the arrangement of the magnet coils in the fuel injector that sets a rapid heating of the injector and thus a rapid heating of the flowing from a fuel delivery system or a Hoch Kunststoffsammeiraums volume of fuel takes place.
  • the present invention therefore aims, starting from DE 4431189 A1, to provide a method for preheating the injection system, which is also suitable for injectors operated with highly viscous fuels, such as, for example, heavy oil, and which allows regulation of the warm-up time and the warm-up temperature, so that it is ensured that the warm-up is carried out until an unimpaired operating state is reached.
  • highly viscous fuels such as, for example, heavy oil
  • the method according to the invention is essentially characterized in that the coil of the electromagnet is periodically subjected to a preheating voltage and that the current profile in the coil is monitored and subjected to an evaluation for the detection of local current minima and / or maxima caused by armature reactions ,
  • the electromagnet is short-circuited and it is therefore provided according to a preferred procedure that the coil of the electromagnet is periodically alternately applied to a preheating voltage and short-circuited.
  • the size of the preheat voltage is advantageously selected such that the valve closure member is moved before the current in the coil reaches a saturation level. More precise control can be achieved by selecting the magnitude of the preheat voltage such that the valve closure member reaches its maximum stroke before the current in the coil reaches a saturation level.
  • the procedure is preferably such that the time between the application of the coil to the preheat voltage and the occurrence of a caused by the armature reaction current minimum is measured and the periodic application of the coil is terminated as soon as the measured period of time a defined nominal size below.
  • the detection of the time period between the application of the coil with the preheating voltage and the occurrence of a current minimum in the current of the coil allows the preheating to be carried out until the reduction of the viscosity of the fuel, and in particular of the heavy oil, to a sufficiently rapid operation, and in particular a sufficiently fast opening of the valve closure member leads.
  • a sufficient speed of this closing operation can then be determined, preferably by operating such that the time between the shorting of the coil and the occurrence of a current maximum caused by the armature reaction is measured and the periodic loading of the coil is terminated becomes as soon as the measured time span falls below a defined nominal dimension.
  • the procedure is preferably such that the temperature of the coil is monitored and the time intervals between the energization periods are regulated as a function of the temperature.
  • the temperature of the coil is calculated in a simple manner from the resistance of the coil.
  • FIG. 3 shows an embodiment variant of the valve group for controlling the nozzle needle.
  • FIG. 4 shows an example of the current and voltage curve in the coil of the solenoid valve during the injection process.
  • Figure 5 finally, a possible in the context of the present invention control of the solenoid valve for preheating the injection injector is shown.
  • an injection injector 1 which consists of an injector body 2, a valve group or a valve 3, an intermediate plate 4, an injector nozzle 5 and a nozzle retaining nut 6.
  • the injector nozzle 5 contains the nozzle needle 7, which is guided longitudinally displaceably in the injector nozzle 5 and has a plurality of free surfaces, via which fuel can flow from the nozzle front chamber 8 to the nozzle needle tip 9.
  • fuel is injected via at least one injection hole 10 into the combustion chamber 11.
  • a collar 12 is attached to the circumference, on which a compression spring 13 is supported, which exerts a closing force on the nozzle needle 7.
  • the nozzle needle 7 ends at the nozzle needle tip 9 opposite side with an end face 14 which ends in a control chamber 15.
  • the control chamber 15 has an inlet channel 16 with an inlet throttle 17 and an outlet channel 18 with an outlet throttle 19.
  • the flow rates through the inlet channel 16 and the outlet channel 18 are dimensioned so that the adjusting in the control chamber 15 pressure so is small that the nozzle needle 7 opens by the pending in the nozzle chamber 8 fuel pressure against the force of the compression spring 13 and against the pressure in the control chamber 15. If the drainage channel 18 is closed, the pressure in the control chamber 15 causes a force acting on the end face 14 which closes the nozzle needle 7.
  • the opening and closing speed of the nozzle needle 7 can be adjusted by a suitable choice of the throttle diameter.
  • the drainage channel 18 is closed with the valve needle 20 axially movable in the valve group 3.
  • the valve needle 20 is pressed by a valve spring 22 in the valve seat 23, which is designed as a sealing cone.
  • the valve seat 23 is released by the electromagnet 21 attracting the magnet armature 25 and thereby moving the valve needle 20 connected to the magnet armature 25, and the pressurized fuel flowing from the drain duct 18 into the low-pressure space 27.
  • valve 3 shows a second possible embodiment of the valve group 3.
  • the drain channel 18 opens directly to the valve seat 23, which is closed by a valve ball 26.
  • the valve ball 26 is pressed by a valve spring 22 in the valve seat 23.
  • the electromagnet 21 When the electromagnet 21 is energized, it attracts the magnet armature 25 connected to the valve needle 20, the valve seat 23 is opened and the pressurized fuel flows from the outlet channel 18 into the low-pressure space 27.
  • FIG. 4 shows the typical course of a current 33 or a voltage 34 in the winding of the electromagnet 21.
  • the control for the injection operation is characterized in that during an acceleration phase 28, the current through the electromagnet 21 increases monotonically until it reaches the upper limit of the attraction current 35 reached.
  • the current through the electromagnet 21 by means of a two-point current control between the upper limit of the attraction current 35 and the lower - B -
  • the current through the electromagnet 21 in the freewheeling phase 30 decreases to the lower limit of the holding current 38.
  • the current through the electromagnet 21 is maintained by means of a two-point current control between the upper limit of the holding current 36 and the lower limit of the holding current 38.
  • the current through the electromagnet 21 in the quenching phase 32 is lowered back to zero.
  • a second possible current profile is now defined, with which a heating of the valve group 3 by the waste heat produced in the electromagnet 21 takes place, without thereby damaging the electromagnet 21.
  • the goal of this heating is to reduce the viscosity of the fuel, which is located in the cavities of the solenoid valve and the adjacent assemblies.
  • the necessary course of the current or current profile 33 in the electromagnet 21 is shown in Figure 5.
  • the electromagnet 21 is periodically alternately subjected to a preheating voltage 42 alternately for the duration of the heating phase 41 and short-circuited between the energization periods for the duration of the freewheeling phase or time interval 30.
  • the duration of the heating phase 41 is chosen so that the inductance of the coil in the electromagnet 21 can be neglected.
  • the size of the preheat voltage 42 is selected so that the valve needle 20 reaches its maximum stroke before the current 33 reaches the saturation level 45 through the electromagnet 21.
  • the temperature of the coil of the electromagnet 21 can be calculated from the known temperature dependence of the electrical resistance. The change in the electrical resistance of the coil is determined by measuring the difference in voltage or current before and during the heating.
  • the warm-up phase is ended when the Ven- Tilnadel 20 is movable and during the warm-up phase 39 due to the armature reaction, a local Stroinminimum 43 when opening the valve needle 20 and a local current maximum 44 when closing the valve needle 20 is detected. If, on the other hand, no armature reactions can still be detected during the warm-up phase 39 and the measured resistance is greater than the maximum permissible resistance setpoint, ie the temperature reaches or exceeds the permissible level, the warm-up phase 39 is ended and the temperature regulation phase 40 begins.
  • the temperature control phase 40 differs from the warm-up phase 39 in that one or more cycles of heating phase 41 and freewheeling phase 30 are omitted.
  • the number of cycles to be eliminated is determined from the deviation from the nominal resistance to the measured resistance in the electromagnet 21, so that the predetermined temperature is not exceeded.
  • the temperature control phase is terminated when in turn due to the armature reaction, a local current minimum 43 when opening the valve needle 20 and a local current maximum 44 when closing the valve needle 20 is detected.
  • An improvement of the method is achieved in that in addition the time period 46 between the start of the energization of the electromagnet 21 and the occurrence of the local current minimum 43 and the time period 47 between the end of the energization and the occurrence of the local current maximum 44 is determined and the inventive periodic Energization of the electromagnet 21 is only terminated when the period 46 or 47 falls below a target value, which means that the nozzle needle has sufficient dynamics, so can be opened or closed sufficiently quickly.

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Description

Verfahren zur Vorwarnung von Einspritzinjektoren von Brennkraftmaschinen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Vorwärmung von wenigstens einem ein durch einen Elektromagneten ansteuerbares Ventil aufweisenden Einspritzinjektoren von Brennkraftmaschinen, bei welchem vor dem Motorstart die Spule des Elektromagneten bestromt wird.
Grundsätzlich besteht ein Injektor für ein Einspritzsystem, insbesondere für ein Common-Rail-Dieseleinspritzsystem aus mehreren Teilen, die in der Regel von einer Düsenspannmutter zusammen gehalten werden. Im Körper der eigentlichen Injektordüse ist eine Düsennadel längsverschieblich geführt, die mehrere Freiflächen aufweist, über die aus dem Düsenvorraum Kraftstoff zur Düsennadelspitze strömen kann. An der Düsennadelspitze befindet sich in der Regel ein Dichtsitz, der bei geschlossener Düsennadel verhindert, dass Kraftstoff in den Brennraum gelangt. Die Düsennadel besitzt am Umfang einen Bund, auf dem sich eine Druckfeder abstützt, die schließend auf die Düsennadel wirkt. Das der Düsennadelspitze entgegengesetzte Ende der Düsennadel mündet in einen Steuerräum, der mit unter Druck stehendem Kraftstoff beaufschlagbar ist. An diesen Steuerraum können mindestens ein Zulaufkanal und mindestens ein Ablaufkanal angeschlossen sein. Alle angeschlossenen Kanäle können mindestens eine Drosselstelle aufweisen. Den Druck im Steuerraum kann ein Steuerventil kontrollieren, das meist ein Elektromagnet betätigt. Bei Betätigen des Ventils kann Kraftstoff aus dem Steuerraum abfließen, sodass dort der Druck sinkt. Unterhalb eines einstellbaren Steuerraumdrucks öffnet der Kraftstoffdruck am Dichtsitz die Düsennadel, und Kraftstoff wird über mindestens ein Spritzloch in den Brennraum eingespritzt. Die Durchflussmengen durch die einzelnen mit Drosseln versehenen Kanäle bestimmen dabei die Öffnungs- und die Schließgeschwindigkeit der Düsennadel. Wird ein derartiger Injektor mit hochviskosen Kraftstoffen — beispielsweise Schweröl — betrieben, kann es notwendig sein, den Kraftstoff zu erwärmen, um die notwendige Einspritzviskosität zu erreichen. Es ist daher üblich, bei Verwendung von derartigen Kraftstoffen das Einspritzsystem vor Abstellen des Motors mit einem zweiten Kraftstoff geringer Viskosität — beispielsweise Dieselöl — zu spülen. Dadurch wird verhindert, dass hochviskoser Kraftstoff im Injektor abkühlt und die Funktion des Einspritzsystems während des Motorstarts beeinträchtigt oder gar unmöglich macht.
Die US 5201341 A zeigt und beschreibt ein elektromagnetisches Ventil zur Kontrolle eines Fluidstroms, wie es bei Krafstof- finjektoren zum Einsatz gelangen kann, bei welchem der aufzuheizende Kraftstoff von einem fluktuierenden Magnetfeld, welches durch die Spule eines Elektromagneten erzeugt wird, aufgeheizt wird.
Die DE 10100375 Al zeigt und beschreibt ein Verfahren zum Betreiben eines Heizölbrenners mit einer Zerstäubereinrichtung, die einen von Heizöl durchströmten mittels elektrischer Energie beheizbaren Düsenstock aufweist, bei welchem durch geeignete Bestromung der Aktuatorspule eines Magnetventils die Heizenergie zur Aufheizung des Heizöls eingeleitet wird. Bei diesem Verfahren erfolgt die Beheizung durch den dem Aktuator zugeführten Strom sowohl während der Betätigungsphase des Magnetventils als auch während der Aufheizphase bei geschlossenem Magnetventil.
Aus der DE 10136049 Al ist ein Verfahren zur Erwärmung von Kraftstoff in einem eine oder mehrere Magnetspulen enthaltenden Kraftstoffinjektor bekannt geworden, bei dem die Injektormagnetspule eines Kraftstoffinjektors zur Aufheizung des Kraftstoffs genutzt wird. Das in dieser Literaturstelle vorgeschlagene Verfahren lässt sich sowohl bei solchen Krafstoffin- jektoren, die eine einspulige Magnetanordnung aufweisen, einsetzten als auch bei solchen Kraftstoffinjektoren, die eine doppelspulige Magnetanordnung zur Ansteuerung des Kraftstoffeinspritzventils aufweisen. Die Magnetspule am Kraftstoffin- jektor wird hierbei als Heizelement geschaltet, wodurch einerseits ein zusätzliches Heizelement eingespart werden kann, was Kosten und Bauraum spart, und andererseits durch die Anordnung der Magnetspulen im Kraftstoffinjektor gewährleistet ist, dass sich eine schnelle Erwärmung des Injektorkörpers einstellt und damit eine rasche Erwärmung des von einer Kraftstoffförderanlage oder eines Hochdrucksammeiraums zufließenden Kraftstoffvolumens erfolgt.
Aus der DE 4431189 Al ist ein Verfahren zum Vorwärmen des Kraftstoffs für Brennkraftmaschinen bekannt, bei dem mittels eines elektrisch betätigten Einspritzventils für den Kraftstoff bei kaltem Kraftstoff die elektrische Verlustleistung der elektrischen Betätigung erhöht und deren Abwärme zum Vorwärmen des Kraftstoffs eingesetzt wird. Mittels des vorgeschlagenen Verfahrens wird als Ersatz für gesonderte elektrische Heizelemente vorgeschlagen, bei Motoren mit elektrisch bzw. elektromagnetisch betätigten Einspritzdüsen die Wärmeenergie zur Beheizung des Kraftstoffs über eine künstliche Erhöhung der Energiezufuhr zur elektrischen bzw. elektromagnetischen Ventilbetätigung der Einspritzventile zuzuführen. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass beim Öffnen der Fahrzeugtür ein elektrischer Kontakt geschlossen wird, welcher in Abhängigkeit von der Umgebungs- und Kühlmitteltemperatur für eine definierte Zeit oder bis zum Erreichen einer definierten Kraftstofftemperatur einen elektrischen Strom durch die Wicklungen von Einspritzdüsen strömen lässt. Dabei ist sichergestellt, dass trotz dieser Maßnahmen noch kein Kraftstoff zur Einspritzung gelangt.
Allerdings ist bei dem aus der DE 4431189 Al bekannt gewordenen Verfahren keinesfalls sichergestellt, dass auch hochviskose Kraftstoffe, wie beispielsweise Schweröl, ausreichend aufgewärmt werden, dass eine für die Einspritzung erforderliche Reduktion der Viskosität erfolgt. Insbesondere ist keine Kontrolle vorgesehen, ob die Aufwärmung des Injektors tatsächlich zu dem gewünschten Ergebnis führt, nämlich, dass das Ventilschließglied frei und ohne Behinderung durch zähflüssiges Schweröl beweglich ist.
Die vorliegende Erfindung zielt daher ausgehend von der DE 4431189 Al darauf ab, ein Verfahren zur Vorwärmung des EinspritzSystems zu schaffen, welches auch für mit hochviskosen Kraftstoffen, wie beispielsweise mit Schweröl, betriebene Injektoren geeignet ist und welches eine Regelung der Aufwärmzeit und der Aufwärmtemperatur erlaubt, sodass sichergestellt ist, dass die Aufwärmung bis zur Erreichung eines unbeeinträchtigen Betriebszustandes vorgenommen wird.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist das erfindungsgemäße Verfahren im Wesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass die Spule des Elektromagneten periodisch mit einer VorwärmeSpannung beaufschlagt wird und dass der Stromverlauf in der Spule überwacht und einer Auswertung zur Erkennung von durch Ankerrückwirkungen bewirkten lokalen Stromminima und/oder -maxima unterzogen wird. Durch eine derartige Vorgangsweise kann bei jedem der periodisch vorgenommenen Bestromungsvorgänge eine Überwachung erfolgen, ob die Vorwärmung des Einspritzinjektors bereits zu einer derartigen Reduktion der Viskosität geführt hat, dass das Ventilschließglied des Magnetventils frei bewegbar ist. Die Bewegbarkeit des Ventilschließglieds wird hierbei anhand der Ankerrückwirkungen erkannt, wobei die Ankerrückwirkungen durch lokale Stromminima und/oder Strommaxima erkennbar sind. Auf dieser Basis kann eine präzise Steuerung des Aufwärmvorgangs vorgenommen werden, wobei gleichzeitig eine Überhitzung vermieden werden kann. Im Anschluss an jeden der periodisch vorgenommenen Bestromungsvorgänge wird bevorzugt der Elektromagnet kurzgeschlossen und es ist daher gemäß einer bevorzugten Verfahrensweise vorgesehen, dass die Spule des Elektromagneten periodisch abwechselnd mit einer VorwärmeSpannung beaufschlagt und kurzgeschlossen wird. Um sicherzustellen, dass die Bewegbarkeit des Ventilschließglieds auf Grund der Ankerrückwirkungen erkennbar ist, wird mit Vorteil die Größe der Vorwärmespannung derart gewählt, dass das Ventilschließglied bewegt wird, bevor der Strom in der Spule ein Sättigungsniveau erreicht. Eine präzisere Steuerung kann dadurch erreicht werden, dass die Größe der Vorwärmespannung derart gewählt wird, dass das Ventilschließglied seinen maximalen Hub erreicht, bevor der Strom in der Spule ein Sättigungsniveau erreicht. Bei Wahl einer derartigen Vorwärmespannung kann anhand der Beobachtung des Stroms in der Spule sicher festgestellt werden, wann die Beweglichkeit des Ventilschließglieds ein Ausmaß erreicht hat, dass der maximale Hub durchfahren werden kann und somit eine reguläre Betriebsweise des Einspritzinjektors gewährleistet ist.
Um eine ausreichende Dynamik des Ventilschließglieds sicherzustellen wird bevorzugt derart vorgegangen, dass die Zeitspanne zwischen der Beaufschlagung der Spule mit der VorwärmeSpannung und dem Auftreten eines durch die Ankerrückwirkung bewirkten Stromminimums gemessen wird und die periodische Beaufschlagung der Spule beendet wird, sobald die gemessene Zeitspanne ein definiertes Sollmaß unterschreitet. Die Erfassung der Zeitspanne zwischen der Beaufschlagung der Spule mit der Vorwärmespannung und dem Auftreten eines Stromminimums im Strom der Spule erlaubt es die Vorwärmung solange durchzuführen, bis die Reduktion der Viskosität des Kraftstoffs, und insbesondere des Schweröls, zu einer ausreichend schnellen Betätigung, und insbesondere zu einem ausreichend schnellen Öffnen des Ventilschließglieds, führt. Was den Schließvorgang des Ventilschließglieds betrifft, so kann eine ausreichende Geschwindigkeit dieses Schließvorgangs dann festgestellt werden, wenn bevorzugt derart vorgegangen wird, dass die Zeitspanne zwischen dem Kurzschließen der Spule und dem Auftreten eines durch die Ankerrückwirkung bewirkten Strommaximums gemessen wird und die periodische Beaufschlagung der Spule beendet wird, sobald die gemessen Zeitspanne ein definiertes Sollmaß unterschreitet. Um eine Überhitzung der Spule durch eine zu rasche Abfolge der periodisch eingeleiteten Bestromungsvorgänge zu verhindern, wird bevorzugt derart vorgegangen, dass die Temperatur der Spule überwacht wird und die Zeitabstände zwischen den Bestro- mungsperioden in Abhängigkeit von der Temperatur geregelt werden. Hierbei wird die Temperatur der Spule in einfacher Weise aus dem Widerstand der Spule errechnet.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In dieser zeigen Fig.l und 2 den grundsätzlichen Aufbau eines Injektors gemäß dem Stand der Technik, Fig.3 eine Ausführungsvariante der Ventilgruppe zur Steuerung der Düsennadel, Fig.4 zeigt beispielhaft den Strom- und Spannungsverlauf in der Spule des Magnetventils während des Einspritzvorgangs. In Fig.5 schließlich ist eine im Rahmen der vorliegenden Erfindung mögliche Ansteuerung des Magnetventils zur Vorwärmung des Einspritzinjektors dargestellt.
In den Fig. 1 und 2 ist ein Einspritzinjektor 1 dargestellt, der aus einem Injektorkörper 2, einer Ventilgruppe bzw. einem Ventil 3, einer Zwischenplatte 4, einer Injektordüse 5 und einer Düsenspannmutter 6 besteht. Die Injektordüse 5 enthält die Düsennadel 7, die in der Injektordüse 5 längsverschieblich geführt ist und mehrere Freiflächen aufweist, über die Kraftstoff vom Düsenvorraum 8 zur Düsennadelspitze 9 strömen kann. Bei Öffnung der Düsennadel 7 wird Kraftstoff über mindestens ein Spritzloch 10 in den Brennraum 11 eingespritzt. An der Düsennadel 7 ist am Umfang ein Bund 12 angebracht, an dem sich eine Druckfeder 13 abstützt, die eine schließende Kraft auf die Düsennadel 7 ausübt. Die Düsennadel 7 endet an der der Düsennadelspitze 9 gegenüberliegenden Seite mit einer Stirnfläche 14, die in einem Steuerraum 15 endet. Der Steuerraum 15 besitzt einen Zulaufkanal 16 mit einer Zulaufdrossel 17 und einen Ablaufkanal 18 mit einer Ablaufdrossel 19. Die Durchflussmengen durch Zulaufkanal 16 und Ablaufkanal 18 sind so bemessen, dass der sich im Steuerraum 15 einstellende Druck so klein ist, dass die Düsennadel 7 durch den im Düsenvorraum 8 anstehenden Kraftstoffdruck gegen die Kraft der Druckfeder 13 und gegen den Druck im Steuerraum 15 öffnet. Wird der Ablauf- kanal 18 verschlossen, bewirkt der Druck im Steuerraum 15 eine auf die Stirnfläche 14 wirkende Kraft, welche die Düsennadel 7 schließt. Die Öffnungs- und Schließgeschwindigkeit der Düsennadel 7 kann durch geeignete Wahl der Drosseldurchmesser eingestellt werden. Der Ablaufkanal 18 wird mit der in der Ventilgruppe 3 axial beweglichen Ventilnadel 20 verschlossen. Die Ventilnadel 20 wird von einer Ventilfeder 22 in den Ventilsitz 23 gedrückt, der als Dichtkonus ausgebildet ist. Bei Bestro- mung des Elektromagneten 21 wird der Ventilsitz 23 freigegeben, indem der Elektromagnet 21 den Magnetanker 25 anzieht und dadurch die mit dem Magnetanker 25 verbundene Ventilnadel 20 bewegt, und der unter Druck stehende Kraftstoff strömt vom Ablaufkanal 18 in den Niederdruckraum 27.
Fig.3 zeigt eine zweite mögliche Ausbildung der Ventilgruppe 3. Der Ablaufkanal 18 mündet direkt beim Ventilsitz 23, der mit einer Ventilkugel 26 verschlossen wird. Die Ventilkugel 26 wird von einer Ventilfeder 22 in den Ventilsitz 23 gedrückt. Bei Bestromung des Elektromagneten 21 zieht dieser den mit der Ventilnadel 20 verbundenen Magnetanker 25 an, der Ventilsitz 23 wird geöffnet und der unter Druck stehende Kraftstoff strömt vom Ablaufkanal 18 in den Niederdruckraum 27.
Fig.4 zeigt den typischen Verlauf eines Stromes 33 bzw. einer Spannung 34 in der Wicklung des Elektromagneten 21. Die Ansteuerung für den Einspritzbetrieb ist dadurch gekennzeichnet, dass während einer Beschleunigungsphase 28 der Strom durch den Elektromagneten 21 monoton ansteigt, bis er den oberen Grenzwert des Anzugsstroms 35 erreicht. In der folgenden Anzugsstromphase 29, während der sich der Magnetanker 25 als Folge der vom Elektromagneten 21 verursachten Magnetkraft gegen die Kraft der Ventilfeder 22 bewegt, wird der Strom durch den Elektromagneten 21 mit Hilfe einer Zweipunktstromregelung zwischen dem oberen Grenzwert des Anzugsstroms 35 und dem unteren - B -
Grenzwert des Anzugsstroms 37 gehalten. Nach Öffnen der Ventilgruppe 3 sinkt der Strom durch den Elektromagneten 21 in der Freilaufphase 30 auf den unteren Grenzwert des Haltestroms 38 ab. Bis zum Ende der nun folgenden Haltestromphase 31 wird der Strom durch den Elektromagneten 21 mittels einer Zweipunktstromregelung zwischen dem oberen Grenzwert des Haltestroms 36 und dem unteren Grenzwert des Haltestroms 38 gehalten. Zum Schließen der Ventilgruppe 3 wird der Strom durch den Elektromagneten 21 in der Löschphase 32 wieder auf Null abgesenkt.
Im Rahmen der gegenständlichen Erfindung wird nun ein zweiter möglicher Stromverlauf definiert, mit dem eine Erwärmung der Ventilgruppe 3 durch die im Elektromagneten 21 produzierte Abwärme erfolgt, ohne dadurch den Elektromagneten 21 zu schädigen. Das Ziel dieser Erwärmung ist die Verringerung der Viskosität des Kraftstoffs, der sich in den Hohlräumen des Magnetventils und der benachbarten Baugruppen befindet. Der dazu notwendige Verlauf des Stromes bzw. Stromverlauf 33 im Elektromagneten 21 ist in Fig.5 dargestellt. Während der Aufwärmphase 39 wird der Elektromagnet 21 periodisch abwechselnd für die Dauer der Heizphase 41 mit einer Vorwärmspannung 42 beaufschlagt und für die Dauer der Freilaufphase bzw. Zeitabstand 30 zwischen den Bestromungsperioden kurzgeschlossen. Die Dauer der Heizphase 41 wird so gewählt, dass die Induktivität der Spule im Elektromagneten 21 vernachlässigt werden kann. Die Größe der Vorwärmspannung 42 wird so gewählt, dass die Ventilnadel 20 ihren maximalen Hub erreicht, bevor der Strom 33 durch den Elektromagneten 21 das Sättigungsniveau 45 erreicht. Dadurch sind im Verlauf des Stromes 33 bei Öffnen und Schließen der Ventilnadel Ankerrückwirkungen erkennbar, sobald die Ventilnadel 20 beweglich wird. Die Temperatur der Spule des Elektromagneten 21 kann aus der bekannten Temperaturabhängigkeit des elektrischen Widerstands berechnet werden. Die Änderung des elektrischen Widerstands der Spule wird durch Messung der Differenz von Spannung bzw. Strom vor und während der Aufwärmung ermittelt. Die Aufwärmphase wird beendet wenn die Ven- tilnadel 20 beweglich ist und während der Aufwärmphase 39 aufgrund der Ankerrückwirkung ein lokales Stroinminimum 43 beim Öffnen der Ventilnadel 20 und ein lokales Strommaximum 44 beim Schließen der Ventilnadel 20 festgestellt wird. Wenn hingegen während der Aufwärmphase 39 noch keine Ankerrückwirkungen feststellbar sind und der gemessene Widerstand größer ist als der maximal erlaubte Widerstandsollwert, die Temperatur also das zulässige Maß erreicht bzw. überschreitet, wird die Aufwärmphase 39 beendet und die Temperaturregelphase 40 beginnt. Die Temperaturregelphase 40 unterscheidet sich von der Aufwärmphase 39 dadurch, dass ein oder mehrere Zyklen aus Heizphase 41 und Freilaufphase 30 entfallen. Die Anzahl der zu entfallenden Zyklen wird dabei aus der Abweichung vom Sollwiderstand zum gemessenen Widerstand im Elektromagneten 21 ermittelt, sodass die vorgegebene Temperatur nicht überschritten wird. Die Temperaturregelphase wird beendet, wenn wiederum aufgrund der Ankerrückwirkung ein lokales Stromminimum 43 beim Öffnen der Ventilnadel 20 und ein lokales Strommaximum 44 beim Schließen der Ventilnadel 20 festgestellt wird.
Eine Verbesserung des Verfahrens gelingt dadurch, dass zusätzlich die Zeitspanne 46 zwischen dem Beginn der Bestromung des Elektromagneten 21 und dem Auftreten des lokalen Stromminimums 43 bzw. die Zeitspanne 47 zwischen dem Ende der Bestromung und dem Auftreten des lokalen Strommaximums 44 ermittelt wird und die erfindungsgemäße periodische Bestromung des Elektromagneten 21 erst dann beendet wird, wenn die Zeitspanne 46 bzw. 47 einen Sollwert unterschreitet, was bedeutet, dass die Düsennadel eine ausreichende Dynamik aufweist, also ausreichend schnell geöffnet bzw. geschlossen werden kann.
Sobald also während der Heizphase 41 ein lokales Stromminimum 43 bei Öffnen und während der folgenden Freilaufphase 30 ein lokales Strommaximum 44 beim Schließen auftritt und diese zeitlich innerhalb vordefinierter Grenzen liegen, kann daraus geschlossen werden, dass die Ventilnadel 20 in der Ventilgruppe 3 beweglich ist, und damit eine ordnungsgemäße Ein- spritzung erfolgen kann. In diesem Fall erfolgt die Umschal- tung zwischen Vorwärmung (Fig.5) und regulärer Ansteuerung (Fig.4).

Claims

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Vorwärmung von wenigstens ein durch einen Elektromagneten ansteuerbares Ventil aufweisenden Einspritzinjektoren von Brennkraftmaschinen, bei welchem vor dem Motorstart die Spule des Elektromagneten bestromt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Spule des Elektromagneten (21) periodisch mit einer VorwärmeSpannung (42) beaufschlagt wird und dass der Stromverlauf (33) in- der Spule überwacht und einer Auswertung zur Erkennung von durch Ankerrückwirkungen bewirkten lokalen Stromminima (43) und/oder —maxima (44) unterzogen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spule des Elektromagneten (21) periodisch abwechselnd mit einer Vorwärmespannung (42) beaufschlagt und kurzgeschlossen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe der Vorwärmespannung (42) derart gewählt wird, dass das Ventilschließglied bewegt wird, bevor der Strom (33) in der Spule ein Sättigungsniveau (45) erreicht.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe der Vorwärmespannung derart gewählt wird, dass das Ventilschließglied seinen maximalen Hub erreicht, bevor der Strom in der Spule ein Sättigungsniveau erreicht.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitspanne (46) zwischen der Beaufschlagung der Spule mit der VorwärmeSpannung (42) und dem Auftreten eines durch die Ankerrückwirkung bewirkten Stromminimums (43) gemessen wird und die periodische Beaufschlagung der Spule beendet wird, sobald die gemessen Zeitspanne (46) ein definiertes Sollmaß unterschreitet.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitspanne (47) zwischen dem Kurzschließen der Spule und dem Auftreten eines durch die Ankerrückwirkung bewirkten Strommaximums (44) gemessen wird und die periodische Beaufschlagung der Spule beendet wird, sobald die gemessen Zeitspanne (47) ein definiertes Sollmaß unterschreitet.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur der Spule überwacht wird und die Zeitabstände (30) zwischen den Bestromungsperioden in Abhängigkeit von der Temperatur geregelt werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur aus dem Widerstand der Spule errechnet wird.
9. Vorrichtung zur Vorwärmung von wenigstens ein durch einen Elektromagneten (21) ansteuerbares Ventil (3) aufweisenden Einspritzinjektoren (1) von Brennkraftmaschinen, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, mit einer Steuervorrichtung zur Bestromung der Spule des Elektromagneten (21), dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung zur periodischen Bestromung der Spule des Elektromagneten (21) mit einer Vorwärmespannung (42) ausgebildet ist und eine Auswerteschaltung vorgesehen ist, in welcher der Stromverlauf (30) in der Spule überwacht und einer Auswertung zur Erkennung von durch Ankerrückwirkungen bewirkten lokalen Stromminima (43) und/oder —maxima (44) unterzogen wird.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung derart ausgebildet ist, dass die Spule des Elektromagneten (21) periodisch abwechselnd mit einer Vorwärmespannung (42) beaufschlagt und kurzgeschlossen wird.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe der VorwärmeSpannung (42) derart gewählt ist, dass das Ventilschließglied bewegt wird, bevor der Strom (30) in der Spule ein Sättigungsniveau (45) erreicht.
12. Vorrichtung nach Anspruch 9, 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe der VorwärmeSpannung (42) derart gewählt ist, dass das Ventilschließglied seinen maximalen Hub erreicht, bevor der Strom (30) in der Spule ein Sättigungsniveau (45) erreicht.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteschaltung ausgebildet ist, um die Zeitspanne (46) zwischen der Beaufschlagung der Spule mit der Vorwärmespannung (42) und dem Auftreten eines durch die Ankerrückwirkung bewirkten Stromminimums (43) zu messen, wobei die periodische Beaufschlagung der Spule beendet wird, sobald die gemessen Zeitspanne (46) ein definiertes Sollmaß unterschreitet.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteschaltung ausgebildet ist, um die Zeitspanne (47) zwischen dem Kurzschließen der Spule und dem Auftreten eines durch die Ankerrückwirkung bewirkten Strommaximums (44) zu messen, wobei die periodische Beaufschlagung der Spule beendet wird, sobald die gemessen Zeitspanne (47) ein definiertes Sollmaß unterschreitet.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung Mittel zur Ermittlung der Temperatur der Spule aufweist und die Zeitabstände (30) zwischen den Bestromungsperioden in Abhängigkeit von der Temperatur geregelt werden.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Ermittlung der Temperatur eine Widerstandsmesseinrichtung umfassen, wobei die Temperatur aus dem Widerstand der Spule errechnet wird.
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