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Gebiet der
Erfindung
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Die
Erfindung betrifft ein Brennstoffeinspritzsystem mit einem Brennstoffeinspritzventil,
speziell ein Brennstoffeinspritzsystem für Brennstoffeinspritzanlagen
von gemischverdichtenden, selbstzündendenden Brennkraftmaschinen.
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Aus
der
DE 198 43 940
A1 ist ein Brennstoffeinspritzsystem mit einem Brennstoffeinspritzventil für eine Brennstoffeinspritzanlage,
insbesondere für einen
Dieselmotor, bekannt.
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Bei
dem bekannten Brennstoffeinspritzsystem wird der Brennstoff mittels
einer Hochdruckpumpe in ein Common-Rail gefördert, und aus dieser über Brennstoffeinspritzventile
in die jeweiligen Brennkammern der Brennkraftmaschine eingespritzt. Beim
Starten der Brennkraftmaschine wird eine Vorförderpumpe betätigt, da
die Hochdruckpumpe aufgrund der geringen Motordrehzahl noch nicht
in der Lage ist, den erforderlichen Startdruck, von beispielsweise
150 bar, zu liefern. Nach dem Erreichen der zum Betreiben der Hochdruckpumpe
erforderlichen Drehzahl, d.h., nach abgeschlossenem Startvorgang,
wird die Vorförderpumpe
druckentlastet, so dass diese nur noch den üblicherweise erforderlichen Speisedruck
von bis zu 10 bar aufbauen muss.
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Die
DE 198 43 940 A1 befasst
sich daher mit dem Aufbau des Drucks des Brennstoffs im Common-Rail,
insbesondere in der Startphase der Brennkraftmaschine. Der Druck
des abgespritzten Brennstoffs hängt
daher von dem erzeugten Druck des Brennstoffs im Common-Rail ab.
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Das
aus der
DE 198 43
940 A1 bekannte Brennstoffeinspritzsystem hat den Nachteil,
dass die von einem Brennstoffeinspritzventil abgespritzte Brennstoffmenge
aufgrund von Bauteiltoleranzen der Bauteile des Brennstoffeinspritzventils
erheblich variieren kann. Um diesen Nachteil zu vermeiden, kann einerseits
eine präzise
Fertigung mit engen Toleranzvorgaben durchgeführt werden. Andererseits können die
einzelnen Bauteile des Brennstoffeinspritzventils im Rahmen der
Serienfertigung auch nachvermessen und vorsortiert werden. Bei der
nachfolgenden Montage des Brennstoffeinspritzventils können dann jeweils
Bauteilkombinationen zusammengebracht werden, die im Hinblick auf
ein möglichst
gleichmäßiges Abspritzverhalten
eine Kompensation der Wirkungen der einzelnen Abweichungen der Bauteile
erlauben. Diese beiden Abgleichstrategien, die gegebenenfalls auch
miteinander kombiniert werden können,
erfordern jedoch auch einen zusätzlichen
Aufwand, wodurch ihr wirtschaftlicher Nutzen begrenzt ist.
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Vorteile der
Erfindung
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Das
erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzsystem
mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass eine
Einstellung des Abspritzverhaltens durch in einem Steuergerät hinterlegte
Parameter erfolgt. Dadurch wird eine Abgleichstrategie ermöglicht,
bei der durch eine oder mehrere einfache Messungen Bauteiltoleranzen
oder dgl. ausgeglichen werden können.
In gewissen Grenzen können
dadurch auch größere Bauteiltoleranzen für die Serienfertigung
der Einzelteile des Brennstoffeinspritzventils vorgegeben werden,
wodurch der wirtschaftliche Nutzen weiter vergrößert wird.
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Durch
die in den Unteransprüchen
aufgeführten
Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterbildungen des im Anspruch 1 angegebenen
Brennstoffeinspritzsystems möglich.
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Vorteilhaft
ist es, dass das Steuergerät
zur Korrektur des zeitlichen Versatzes den Zeitpunkt der Aktivierung
des Druckverstärkerkungs-Betätigungsmittels
mittels des Korrekturwertes korrigiert. In der Regel ist der Zeitpunkt
der Aktivierung des Einspritzungsbetätigungsmittels auf die Brennkraftmaschine, insbesondere
auf deren Kolbenbewegung und optimalen Zundzeitpunkt, abgestimmt.
Zum Abgleich des Brennstoffeinspritzventils ist daher eine zeitliche
Verschiebung des Zeitpunktes der Aktivierung des Druckverstärkungs-Betätigungsmittels
vorteilhaft, um die sich ergebenden Laufeigenschaften der Brennkraftmaschine
positiv zu beeinflussen.
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Vorteilhaft
ist es, dass das Steuergerät
eine Deaktivierung des Einspritzungsbetätigungsmittels und/oder eine
Deaktivierung des Druckverstärkungs-Betätigungsmittels
auf Grundlage einer Einspritzmengensteuergröße steuert. Ferner ist es vorteilhaft,
dass das Steuergerät
den Korrekturwert für den
zeitlichen Versatz zwischen der Aktivierung des Einspritzungsbetätigungsmittels
und der Aktivierung des Druckverstärkungs-Betätigungsmittels unabhängig von
dem jeweiligen Betriebszustand steuert. Letzteres bedeutet, dass
der durch den Korrekturwert für
den zeitlichen Versatz zwischen der Aktivierung des Einspritzungsbetätigungsmittels
und der Aktivierung des Druckverstärkungs-Betätigungsmittels erfolgte Abgleich
unabhängig
von der abgerufenen Einspritzmenge ist, d. h. für alle Einspritzverlaufsformen
Gültigkeit
hat. Die diesbezügliche
Einspritzmengensteuergröße kann
beispielsweise die Zeit zwischen der Aktivierung des Einspritzungsbetätigungsmittels
und der Deaktivierung des Einspritzungsbetätigungsmittels vorgeben. Gleiche,
insbesondere durch die Einspritzmengensteuergröße und den zeitlichen Versatz
vorgegebene, Verlaufsformen bedingen im Rahmen der Genauigkeit des
erfolgten Abgleichs der Brennstoffeinspritzventile dann unabhängig von
dem speziellen Brennstoffeinspritzventil gleiche Ein- bzw. Abspritzmengen.
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In
vorteilhafter Weise umfasst die Ventilöffnungseinrichtung einen Steuerraum,
der mit Brennstoff befüllbar
ist, wobei in Abhängigkeit
von dem im Steuerraum herrschenden Druck des Brennstoffes eine Öffnungs-
bzw. Schließbewegung
des Brennstoffeinspritzventils erfolgt. Dabei kann der Steuerraum
mit einer Ablaufdrossel verbunden sein, die das Abfließen von
Brennstoff aus dem Steuerraum ermöglicht, wobei mittels des Einspritzungsbetätigungsmittels
ablaufseitig der Brennstofffluss durch die Ablaufdrossel begrenzbar
ist. Alternativ oder zusätzlich
kann der Steuerraum mit einer Zulaufdrossel verbunden sein, die
das Zuleiten von Brennstoff in den Steuerraum ermöglicht.
Die Ablaufdrossel und/oder die Zulaufdrossel können einzeln oder gemeinsam
in einer an den Steuerraum angrenzenden Drosselplatte ausgebildet
sein. Diese Drosselplatte ist vorzugsweise so in das Brennstoffeinspritzventil eingebaut,
dass sie sich im Rahmen des Abgleichs des Brennstoffeinspritzventils
leicht entnehmen, d.h. austauschen, lässt. Dies schließt jedoch
nicht aus, dass das Brennstoffeinspritzventil nach dem erfolgten
Abgleich beispielsweise verriegelt oder mit einer Kunststoffummantelung
umgeben wird, so dass die speziell ausgewählte Drosselplatte nicht mehr
entfernbar ist.
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Vorteilhaft
ist es, dass die Drosselwirkung der Ablaufdrossel und/oder die Drosselwirkung
der Zulaufdrossel derart eingerichtet sind, dass im ballistischen
Betrieb des Brennstoffeinspritzventils bei einer Aktivierung des
Einspritzungsbetätigungsmittels und
erzwungener Deaktivierung des Druckverstärkungs-Betätigungsmittels eine vorgegebene
Brennstoffmenge abspritzbar ist. Für diese Einrichtung kann insbesondere
eine Variation des Verhältnisses der
Drosselwirkung der Ablaufdrossel zu der Drosselwirkung der Zulaufdrossel
(im Folgenden kurz A/Z-Drosselverhältnis) vorgenommen werden.
Zur Kompensation der Bauteiltoleranzen kann das A/Z-Drosselverhältnis hierbei
in einem Bereich variiert werden, der größer als der gewöhnliche
Toleranzbereich des A/Z-Drosselverhältnisses, vorzugsweise maximal
das Vierfache des Ausgangstoleranzbereiches, ist.
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Der
Abgleich des ballistischen Betriebs ist allerdings nicht nur über das
A/Z-Drosselverhältnis möglich. Dieses
Merkmal wird hier nur beispielhaft beschrieben. Ein weiterer sehr
gut geeigneter Parameter ist der hydraulisch wirksame Sitzdurchmesser an
der Düsennadel.
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Ballistischer
Betrieb des Brennstoffeinspritzventils bedeutet, dass eine Düsennadel
des Brennstoffeinspritzventils beim Öffnen nicht bis auf ihren mechanischen
Anschlag aufläuft,
sondern schon vor Erreichen des Endanschlages wieder in ihren Sitz
zurückläuft. Im
Unterschied dazu wird im nicht ballistischen Betrieb des Brennstoffeinspritzventils
eine maximale Öffnung
erreicht, bei der die Düsennadel
in der Regel eine gewisse Zeit in der Endanschlagstellung verharrt.
Der ballistische Betrieb des Brennstoffeinspritzventils dient zum
Abspritzen von kleineren Einspritzmengen, beispielsweise bis ca.
100 mm3, falls das Brennstoffeinspritzsystem
für Nutzkraftwagen
ausgelegt ist.
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Vorzugsweise
ist der im Steuergerät
hinterlegte Korrekturwert für
den zeitlichen Versatz so eingerichtet, dass im nicht ballistischen
Betrieb des Brennstoffeinspritzventils eine weitere vorgegebene Brennstoffmenge
abspritzbar ist. Das Brennstoffeinspritzventil spritzt diese weitere
vorgegebene Brennstoffmenge, die größer als die vorgenannte vorgegebene
Brennstoffmenge ist, zumindest teilweise bei betätigter Druckverstärkungseinrichtung
ab. Auf diese Weise erfolgt insbesondere ein Abgleich der sich im
Druckverstärkerbetrieb
auswirkenden Bauteiltoleranzen.
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Es
können
auch zwei oder mehr Brennstoffeinspritzventile vorgesehen sein,
von denen jedes individuell abgeglichen ist. Für jedes Brennstoffeinspritzventil
ist dann ein zugehöriger
zeitlicher Korrekturwert für
den zeitlichen Versatz zwischen der Aktivierung des Einspritzungsbetätigungsmittels
und der Aktivierung des Druckverstärkungs-Betätigungsmittels im Steuergerät hinterlegt.
Die Brennstoffeinspritzventile können
allerdings gemeinsam auf Grundlage der gleichen Einspritzmengensteuergröße, die
natürlich
in Abhängigkeit
von der abgerufenen Leistung zeitlich variiert, und des gleichen
zeitlichen Versatzes angesteuert werden. Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzsystem
gewährleistet,
dass im Rahmen der Genauigkeit des erfolgten Abgleichs der einzelnen
Brennstoffeinspritzventile bei vorgegebener Einspritzmengensteuergröße von jedem Brennstoffeinspritzventil
die gleiche Brennstoffmenge in den zugehörigen Brennraum der Brennkraftmaschine
eingespritzt wird, sofern nicht ausnahmsweise eine abweichende Betriebsfunktion,
wie eine Zylinderabschaltung für
einen Teil der Brennkraftmaschine, gewählt ist.
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Zeichnung
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Ein
bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in der nachfolgenden Beschreibung anhand der beigefügten Zeichnungen
näher erläutert. Es
zeigt:
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1 ein
Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzsystems
mit einem Brennstoffeinspritzventil, das in einer Schemadarstellung
dargestellt ist;
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2 den
in 1 mit II bezeichneten Ausschnitt;
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3 den
in 1 mit III bezeichneten Ausschnitt;
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4 einen
Ausschnitt einer Drosselplatte des in 1 dargestellten
Brennstoffeinspritzventils des erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzsystems, die
in einer geschnittenen Ansicht dargestellt ist; und
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5 bis 7 zeigen
ein Flussdiagramm, das den Vorgang zum Abgleichen des Brennstoffeinspritzsystems,
insbesondere des Brennstoffeinspritzventils des Brennstoffeinspritzsystems,
erläutert.
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Beschreibung
des Ausführungsbeispiels
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1 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
eines Brennstoffeinspritzsystems 1 der Erfindung mit einem
Brennstoffeinspritzventil 2 und einem Steuergerät 3.
Das Brennstoffeinspritzventil 2 kann insbesondere als Brennstoffeinspritzventil
für Brennstoffeinspritzanlagen
von gemischverdichtenden, selbstgezündeten Brennkraftmaschinen
dienen. Insbesondere eignet sich das Brennstoffeinspritzsystem 1 als Brennstoffeinspritzsystem
für Nutzkraftwagen
oder Personenkraftwagen. Das Brennstoffeinspritzsystem 1 kann
allerdings auch für
Brennstoffeinspritzanlagen von Sportbooten oder für Schiffsdiesel
zum Einsatz kommen. Ein bevorzugter Einsatz des Brennstoffeinspritzsystems 1 besteht
für eine
Brennstoffeinspritzanlage mit einem Common-Rail 24, das
Dieselbrennstoff unter hohem Druck zu mehreren Brennstoffeinspritzventilen
führt.
Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzsystem 1 eignet
sich jedoch auch für
andere Anwendungsfälle.
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Das
Brennstoffeinspritzventil 2 des erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzsystems 1 weist ein
aus mehreren Teilen bestehendes Ventilgehäuse 4 und einen mit
dem Ventilgehäuse 4 verbundenen Brennstoffeinlassstutzen 5 auf.
An einem mit dem Ventilgehäuse 4 verbundenen
Ventilsitzkörper 6 ist eine
Ventilsitzfläche 7 ausgebildet,
die mit einem von einer Ventilnadel 8 betätigbaren
Ventilschließkörper 9 zu
einem Dichtsitz zusammenwirkt. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Ventilschließkörper 9 einteilig mit
der Ventilnadel 8 ausgebildet.
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Im
Inneren des Ventilgehäuses 4 des
Brennstoffeinspritzventils 2 befindet sich ein Einspritzungsbetätigungsmittel 20 und
ein Druckverstärkungs-Betätigungsmittel 21.
Das Druckverstärkungs-Betätigungsmittel 21 ist
in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
als elektromagnetisch betätigbares
Druckverstärkungs-Betätigungsmittel 21 ausgebildet.
Das Einspritzungsbetätigungsmittel 20 ist
in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
ebenfalls elektromagnetisch betätigbar.
Das Einspritzungsbetätigungsmittel 20 und/oder
das Druckverstärkungs-Betätigungsmittel 21 kann
dabei jeweils auch als elektrisch betätigbarer Aktor ausgebildet
sein. Das Druckverstärkungs-Betätigungsmittel 21 betätigt mittels
einer Ventilnadel 22 ein Drosselventil, wie es anhand der 2 im
Detail beschrieben ist. Das Einspritzungsbetätigungsmittel 20 wirkt über eine
weitere Ventilnadel 23 auf ein Drosselventil, wie es anhand
der 3 im Detail beschrieben ist.
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Über die
in dem Brennstoffeinlassstutzen 5 ausgebildete Zuleitung 25 wird
im Betrieb des Brennstoffeinspritzventils mit dem Rail-Druck des
Common-Rails 24 beaufschlagter Brennstoff in eine axiale Bohrung 26 eines
Druckverstärkerkolbens 27 geführt. Die
Bohrung 26 des Druckverstärkerkolbens 27 ist
dabei abflussseitig mittels eines durch eine Kugel 28 und
eine Stahlfeder 29 gebildeten Rückschlagventils 30 verschlossen.
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In
der 1 ist der Druckverstärkerkolben 27 in einer
Ausgangsstellung dargestellt. Um eine Rückstellbewegung des Druckverstärkerkolbens 27 in
die Ausgangsstellung zu unterstützen,
ist eine Rückstellfeder 35 im
Inneren des Ventilgehäuses 4 vorgesehen,
die sich einerseits an einem an einem Absatz 36 des Ventilgehäuses 4 abgestütztem Ring 37 und
andererseits an einem Münz-förmigen Absatz 38 des
Druckverstärkerkolben 27 abstützt. Da
der Ring 37 in einer Aussparung des Ventilgehäuses 4 eingesetzt
ist, wird durch den Ring 37 außerdem die Rückstellbewegung
des Druckverstärkerkolbens 27 begrenzt.
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In
einem Zustand, in dem das Druckverstärkungs-Betätigungsmittel 21 nicht
aktiviert ist, überwiegt
die Rückstellkraft,
die durch die Kraft der Rückstellfeder 35,
den Druck in einem Raum 40 zwischen dem Druckverstärkerkolben 27 und
dem Ventilgehäuse 4 und
den Druck des Brennstoffs in einem Raum 41 gebildet ist,
die Kraft, die durch den auf den Druckverstärkerkolben 27 einwirkenden
Druck des Brennstoffs, insbesondere des Brennstoffs in der Bohrung 26 und
im Bereich einer Stirnseite 31 des Absatzes 38,
erzeugt wird, so dass der Druckverstärkerkolben 27 in seiner
Ausgangsstellung verharrt. Bei Aktivierung des Druckverstärkungs-Betätigungsmittels 21 wird
der Raum 40 zwischen dem Druckverstärkerkolben 27 und
dem Ventilgehäuse 4 mittels des
durch die Ventilnadel 22 betätigten Drosselventils Druck
entlastet, so dass eine auf den Druckverstärkerkolben 27 einwirkende,
in Richtung des Raumes 41 gerichtete Kraft resultiert,
die eine Druckerhöhung
des Brennstoffs in dem Raum 41 zur Folge hat. Sofern das
Brennstoffeinspritzventil 2 zumindest teilweise geöffnet ist,
d.h. falls der durch den Ventilschließkörper 9 und die Ventilsitzfläche 7 gebildete Dichtsitz
geöffnet
ist, wird Brennstoff aus dem Brennstoffeinspritzventil 2 abgespritzt,
was ein Nachfließen von
Brennstoff aus dem Raum 41 bedingt, wodurch eine Bewegung
des Druckverstärkerkolbens 27 entgegen
der Rückstellbewegung
der Rückstellfeder 35 erfolgt.
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Das Öffnen des
Brennstoffeinspritzventils 2 erfolgt dabei über die
Aktivierung des Einspritzungsbetätigungsmittels 20,
wobei mittels des Einspritzungsbetätigungsmittels 20 zum
Abspritzen von Brennstoff die anhand der 3 im Detail
beschriebene Ventilöffnungseinrichtung 45 des
Brennstoffeinspritzventils 2 betätigbar ist.
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Nachdem
auf Grundlage einer Einspritzmengensteuergröße die gewünschte Brennstoffmenge abgespritzt
worden ist, wird das Einspritzungsbetätigungsmittel 20 zum
Schließen
des Brennstoffeinspritzventils 2 deaktiviert. Vorzugsweise
erfolgt zumindest im Wesentlichen gleichzeitig mit der Deaktivierung
des Einspritzungsbetätigungsmittels 20 auch die
Deaktivierung des Druckverstärkungs-Betätigungsmittels 21.
Bei der Deaktivierung des Druckverstärkungs-Betätigungsmittels 21 wird
vermittels der Ventilnadel 22 die Druckentlastung des mit
Brennstoff gefüllten
Raumes 40 beendet. Der ansteigende Druck des Brennstoffs
im Raum 40 bewirkt in Zusammenwirkung mit den weiteren,
bereits oben beschriebenen auf den Druckverstärkerkolben 27 einwirkenden
Kräften
eine Rückstellung
des Druckverstärkerkolbens 27 in
seine Ausgangslage. Bereits zu diesem Zeitpunkt, spätestens
jedoch beim Erreichen der Ausgangslage wird die Kugel 28 des
Rückschlagsventils 30 aufgrund
des Druckes in der Bohrung 26 entgegen der Kraft der Stahlfeder 29 beaufschlagt, wodurch
das Rückschlagventil 30 zum
Nachfließen von
Brennstoff aus der Bohrung 26 in den Raum 41 öffnet. Anschließend wird
das Rückschlagventil 30 wieder
geschlossen, wodurch sich der in der 1 dargestellte
Zustand einstellt.
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Die
obige Beschreibung bezieht sich auf einen Zyklus zum Einspritzen
von Brennstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine. Beim
Betrieb der Brennkraftmaschine werden eine Vielzahl dieser Zyklen
unter gegebenenfalls wechselnden Parametern aufeinander folgend
ausgeführt.
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Wie
oben im Detail beschrieben, wird mittels des Druckverstärkungs-Betätigungsmittels 21 eine den
Druck des abzuspritzenden Brennstoffs erhöhende Druckverstärkungseinrichtung 46 betätigt, die den
Druckverstärkerkolben 27,
das die Kugel 28 und die Stahlfeder 29 umfassende
Rückschlagventil 30 in dem
Druckverstärkerkolben 27,
den mit Brennstoff befüllbaren
Raum 40, die mit Brennstoff befüllbare Bohrung 26 in
dem Druckverstärkerkolben 27 und
die an dem Absatz 38 des Druckverstärkerkolben 27 abgestützte Rückstellfeder 35 umfasst.
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Beim
Betrieb des Brennstoffeinspritzventils 2 wird vom Steuergerät 3 in
Abhängigkeit
vom Betriebszustand eine bestimmte Verlaufsform gewählt. Eine
der Größen zur
Beschreibung dieser Verlaufsform ist der zeitliche Versatz zwischen
der Aktivierung des Einspritzungsbetätigunsmittels 20 und
der Aktivierung des Druckverstärkungs-Betätigunsmittels 21.
Dieser zeitliche Versatz kann beim Betrieb der Brennkraftmaschine
zeitlich variiert werden und gegebenenfalls auch das Vorzeichen
wechseln. Durch einen geeigneten Korrekturwert, der vorzugsweise
linear zu dem zeitlichen Versatz addiert wird, kann ein weiterer
Abgleich des Brennstoffeinspritzventils 2 erfolgen. Dies
ist nachfolgend im Detail beschrieben.
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Das
Steuergerät 3 weist
ein erstes Speicherelement 47 und ein zweites Speicherelement 48 auf. Das
erste Speicherelement 47 dient zum Speichern eines zeitlichen
Korrekturwertes zur Korrektur des zeitlichen Versatzes zwischen
der Aktivierung des Einspritzungsbetätigungsmittels 20 und
der Aktivierung des Druckverstärkungs-Betätigungsmittels 21. Der
Korrekturwert betrifft dabei vorzugsweise den Zeitpunkt der Aktivierung
des Druckverstärkungs-Betätigungsmittels 21;
wirkt sich also nicht auf den Zeitpunkt der Aktivierung des Einspritzungsbetätigungsmittels 20 aus.
Das Vorzeichen des in dem ersten Speicherelement 47 hinterlegten
Korrekturwertes gibt daher an, ob das Druckverstärkungs-Betätigungsmittel 21 zur
Korrektur zeitlich früher
als durch den unkorrigiertem zeitlichen Versatz vorgegeben aktiviert
wird oder später.
Und der Betrag des Korrekturwertes gibt an um wieviel sich der zeitlichen
Versatz zwischen der Aktivierung des Einspritzungsbetätigungsmittels 20 und
der Aktivierung des Druckverstärkungs-Betätigungsmittels 21 vergrößert oder verringert.
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In
dem zweiten Speicherelement 48 ist eine Einspritzmengensteuergröße gespeichert,
die die von dem Brennstoffeinspritzventil 2 während eines Brennstoffeinspritzzyklusses
derzeit einzuspritzende Einspritzmenge an Brennstoff vorgibt. Während der in
dem ersten Speicherelement 47 gespeicherte zeitliche Korrekturwert
fest eingestellt ist, handelt es sich bei der in dem zweiten Speicherelement 48 gespeicherten
Einspritzmengensteuergröße um einen
dynamischen Wert, der sich während
des Betriebs der Brennkraftmaschine im Hinblick auf die derzeit
abgefragte Leistung in der Regel ständig ändert.
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Das
erste Speicherelement 47 ist vorzugsweise als nicht flüchtiger
Halbleiterspeicher, insbesondere als elektrisch löschbar und
programmierbarere Nur-Lese-Speicher (EEPROM), ausgebildet. Das zweite
Speicherelement 48 ist vorzugsweise als temporärer Speicher,
insbesondere als Lese- und Schreib-Speicher (RAM), ausgebildet. Beim Starten des
Brennstoffeinspritzsystems 1 kann die in dem zweiten Speicherelement 48 abgelegte
Einspritzmengensteuergröße auf einen
vorbestimmten Wert initialisiert werden, beispielsweise um eine
Einspritzmengensteuergröße für den Leerlaufbetrieb
vorzugeben.
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Die
Bestimmung des in dem ersten Speicherelement 47 hinterlegten
zeitlichen Korrekturwertes wird unten anhand der 5 bis 8 im Detail beschrieben.
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Das
Steuergerät 3 ist über eine
elektrische Leitung 50 zum Aktivieren und Deaktivieren
des Druckverstärkungs-Betätigungsmittels 21 mit
dem Druckverstärkungs-Betätigungsmittel 21 verbunden. Außerdem ist
das Steuergerät 3 über die
Leitung 51 zum Aktivieren und Deaktivieren des Einspritzungsbetätigungsmittels 20 mit
dem Einspritzungsbetätigungsmittel 20 verbunden.
Die Verbindung mittels der Leitungen 50 und 51 ist
in der 1 schematisch dargestellt, diese können auch über eine
gemeinsame Zuleitung in das Brennstoffeinspritzventil 2 geführt werden.
Das Steuergerät 3 des
Brennstoffeinspritzsystems 1 weist außerdem eine gemeinsame Anschlussstelle 52 auf,
an der eine oder mehrere (nicht dargestellte) elektrische Leitungen
anschließbar
sind. Über
die Anschlussstelle 52 können insbesondere elektronische
Steuersignale und eine Versorgungsspannung in das Steuergerät 3 des
Brennstoffeinspritzsystems 1 geführt werden.
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In
dem dargestellten Ausführungsbeispiel des
Brennstoffeinspritzsystems 1 sind das erste Speicherelement 47 und
das zweite Speicherelement 48 in einem gemeinsamen Gehäuse 53 des Steuergeräts 3 untergebracht.
Es ist jedoch auch möglich,
die Speicherelemente 47 und 48 aufzuteilen, d.h.,
das Steuergerät 3 mehrstückig auszubilden. Andererseits
können
das Brennstoffeinspritzventil 2 und das Steuergerät 3 des
Brennstoffeinspritzsystems 1 auch als kombinierte Baugruppe
in einem gemeinsamen Gehäuse
untergebracht sein.
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2 zeigt
den in 1 mit II bezeichneten Ausschnitt des Brennstoffeinspritzventils 2 des Brennstoffeinspritzsystems 1.
Sich entsprechende Elemente sind in dieser und in allen anderen
Figuren mit übereinstimmenden
Bezugszeichen versehen, wodurch sich eine wiederholende Beschreibung
erübrigt.
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Die
Ventilnadel 22 weist einen oberen Abschnitt 60 mit
verringertem Durchmesser, einen mittleren Abschnitt 61 und
einen unteren Abschnitt 62 auf, der zur Erzeugung einer
verstellbaren Drosselwirkung eine an einen umgebenden Grundkörper 63 angepasste
Form hat. Zwischen dem oberen Abschnitt 60 der Ventilnadel 22 und
dem umgebenden Grundkörper 63 ist
ein Spalt 64 ausgebildet, der mit der Zuleitung 25 (1)
verbunden ist und im Betrieb des Brennstoffeinspritzventils mit
durch den Rail-Druck beaufschlagten Brennstoff gefüllt ist.
Ein zumindest im Wesentlichen zwischen dem mittleren Abschnitt 61 der
Ventilnadel 22 und dem Grundkörper 63 ausgebildeter
Raum 65 ist mittels einer Brennstoffleitung 66 (1)
mit dem Raum 40 (1) des Brennstoffeinspritzventils 2 verbunden.
Ein im Bereich des unteren Abschnitts 62 der Ventilnadel 22 ausgebildeter
Raum 67 ist mittels einer Brennstoffleitung 68 (1)
mit einem nicht dargestellten Brennstofftank verbunden, aus dem
der Brennstoff über eine
geeignete, ebenfalls nicht dargestellte Brennstoffpumpe wieder in
das Common-Rail 24 gefördert wird.
Um das Rücklaufen
des Brennstoffs zu ermöglichen,
ist an dem Brennstoffeinspritzventil 2 ein Brennstoffauslassstutzen 69 (1)
ausgebildet. Der Raum 67 ist daher mit unter dem Rücklaufdruck stehenden
Brennstoff gefüllt,
d.h. im Wesentlichen druckentlastet.
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Durch
eine Verstellung der Ventilnadel 22 entlang der Ventilachse 70 ist
zum einen eine Verbindung des Spaltes 64 mit dem Raum 65 möglich. Diese
Verbindung stellt die Ausgangsstellung dar, bei der der Raum 65 mit
dem Rail-Druck beaufschlagt wird, so dass der Raum 40 (1)
ebenfalls mit Brennstoff unter hohem Druck gefüllt ist. Dadurch wird der Druckverstärkerkolben 27 (1)
in der in 1 dargestellten Ausgangsstellung
gehalten.
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Bei
einer Aktivierung des Druckverstärkungs-Betätigungsmittels 21 erfolgt
eine Betätigung der
Ventilnadel 22 entlang der Ventilachse 70 in der Betätigungsrichtung 71.
Dadurch ergibt sich ein Zustand, bei dem der Raum 65 mit
dem Raum 67 verbunden ist, wie es in der 2 dargestellt
ist, so dass der Raum 65 druckentlastet ist. Die Druckentlastung des
Raums 65 bedingt eine Druckentlastung des Raums 40 ( 1),
so dass, wie anhand der 1 im Detail beschrieben, die
Druckverstärkungseinrichtung 46 (1)
betätigt
wird.
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3 zeigt
den in 1 mit III bezeichneten Ausschnitt des Brennstoffeinspritzventils 2 des Brennstoffeinspritzsystems 1.
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Innerhalb
des Ventilgehäuses 4 des
Brennstoffeinspritzventils 2 ist an einem Gehäuseteil 75 anliegend
eine Drosselplatte 76 vorgesehen, die eine Zulaufdrossel 77 und
eine Ablaufdrossel 78 umfasst. Außerdem weist die Drosselplatte 76 einen
Brennstoffkanal 79 auf, der zum Durchleiten des von der Druckverstärkungseinrichtung 46 druckverstärkten Brennstoffes
zu dem aus dem Ventilsitzkörper 6 und der
Ventilsitzfläche 7 gebildeten
Dichtsitz dient. Die Ausbildung der Zulaufdrossel 77 und
die Ausbildung der Ablaufdrossel 78 der Drosselplatte 76 sind
unten im Detail anhand der 4 beschrieben.
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Abspritzseitig
grenzt an die Drosselplatte 76 eine Hülse 13 an, innerhalb
der die Ventilnadel 8 im Bereich 12 geführt ist.
Zwischen der Drosselplatte 76, der Ventilnadel 8 und
der Hülse 13 ist
ein im Betrieb des Brennstoffeinspritzventils 2 mit Brennstoff
gefüllter
Steuerraum 80 ausgebildet.
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Oberhalb
eines gewissen Drucks des Brennstoffs im Steuerraum 80 wird
die Ventilnadel 8 in Richtung des Dichtsitzes mit einer
Schließkraft
beaufschlagt, wodurch das Brennstoffeinspritzventil 2 im
geschlossenen Zustand gehalten wird. Unterschreitet der Druck im
Steuerraum 80 diesen gewissen Druck, dann überwiegen
die übrigen
auf die Ventilnadel 8 in Öffnungsrichtung einwirkenden
Kräfte,
so dass der Ventilschließkörper 9 mittels
der Ventilnadel 8 von der Ventilsitzfläche 7 abhebt und das
Brennstoffeinspritzventil 2 geöffnet wird.
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Die
Steuerung des Drucks des Brennstoffs im Steuerraum 80 erfolgt
mittels der Ventilnadel 23 durch das Einspritzungsbetätigungsmittel 20 (1).
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In
der 3 ist die Ventilnadel 23, die teilweise
dargestellt ist, bei aktiviertem Einspritzungsbetätigungsmittel 20 dargestellt.
In diesem Fall wird die Ablaufdrossel 78 über eine
Brennstoffleitung 81 und einen Zwischenraum 82 mit
einem mit Brennstoff gefüllten
Raum 83 verbunden, wobei der Raum 83 mittels Brennstoffleitungen
mit dem Brennstoffauslassstutzen 69 verbunden ist, d.h.
mit dem Rücklaufdruck beaufschlagt
ist.
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Nach
der Deaktivierung des Einspritzungsbetätigungsmittels 20 wird
die Ventilnadel 23 in einer Richtung 84 in ihre
Ausgangslage zurückgestellt,
in der der Zwischenraum 82 von dem Raum 83 getrennt ist,
so dass die Druckentlastung der Brennstoffleitung 81 aufgehoben
wird.
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Aufgrund
der Drosselwirkung der Zulaufdrossel 77 und der Drosselwirkung
der Ablaufdrossel 78 ergibt sich beim Öffnen der Ventilnadel 23 entgegen
der Richtung 84 eine dynamische Änderung des Drucks im Steuerraum 80,
wobei der zeitliche Verlauf durch die Wahl der Drosselwirkungen
vorgebbar ist. Dies wird im Folgenden anhand der 4 im
Detail beschrieben.
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Die
Zulaufdrossel 77 umfasst einen Eingangsabschnitt 85,
einen Drosselabschnitt 86 und einen Ausgangsabschnitt 87.
Die Ablaufdrossel 78 umfasst einen Eingangsabschnitt 88,
einen Drosselabschnitt 89, und einen Ausgangsabschnitt 90.
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Aus
dem Raum 41 (1) fließt Brennstoff über die
Hochdruckleitung 91 in Pfeilrichtung in den Eingangsabschnitt 85 der
Zulaufdrossel 77, durch den Drosselabschnitt 86 in
den Ausgangsabschnitt 87 und in Pfeilrichtung aus der Zulaufdrossel 77 in den
Steuerraum 80. Aus dem Steuerraum 80 fließt Brennstoff
in Pfeilrichtung in den Eingangsabschnitt 88 der Ablaufdrossel 78,
durch den Drosselabschnitt 89 in den Ausgangsabschnitt 90 und
von dort in Pfeilrichtung aus der Ablaufdrossel 78 in die
Brennstoffleitung 81. Allerdings fließt kein Brennstoff durch die Ablaufdrossel 78,
falls das Einspritzungsbetätigungsmittel 20 deaktiviert
ist, d.h, der Raum 82 von dem Raum 83 durch die
Ventilnadel 23 getrennt ist. Durch die Zulaufdrossel 77 fließt kein
Brennstoff, falls das Einspritzungsbetätigungsmittel 20 deaktiviert
ist und das Brennstoffeinspritzventil 2 geschlossen ist,
d.h. der Steuerraum 80 sein maximales (konstantes) Volumen
einnimmt.
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Die
Drosselwirkung der Zulaufdrossel 77 wird im Wesentlichen
durch den Durchmesser DZ und die Länge LZ sowie den Rundungsradius R des als Bohrung
ausgebildeten Drosselabschnitts 86 vorgegeben. Die Drosselwirkung
der Ablaufdrossel 78 wird im Wesentlichen durch den Durchmesser DA und die Länge LA sowie
den Rundungsradius R2 des als Bohrung ausgebildeten Drosselabschnitts 89 vorgegeben.
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Zum
Abgleichen des Brennstoffeinspritzventils 2 bzw. zur Einstellung
der Dynamik der Druckänderung
des Brennstoffs im Steuerraum 80 genügt gewöhnlich die Einstellung des
A/Z-Drosselverhältnisses.
Eine Erhöhung
der Drosselwirkung der Zulaufdrossel 77, die durch eine
Verringerung des Durchmessers DZ und/oder
eine Vergrößerung der
Länge LZ erfolgen kann, ist dann gleichbedeutend
mit einer Verringerung der Drosselwirkung der Ablaufdrossel 78 und
umgekehrt.
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Außerdem kann
zur Einstellung des A/Z-Drosselverhältnisses auch ein Rundungsradius, beispielsweise
der Rundungsradius R zwischen dem Abschnitt 85 und dem
Abschnitt 86, verändert
werden. Entsprechend kann zur Einstellung auch der Rundungsradius
zwischen den Abschnitten 86 und 87 bzw. 89 und 90 dienen.
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Der
Abgleich des ballistischen Betriebs ist allerdings nicht nur über das
A/Z-Drosselverhältnis möglich. Dieses
Merkmal wird hier nur beispielhaft beschrieben. Ein weiterer sehr
gut geeigneter Parameter ist der hydraulisch wirksame Sitzdurchmesser 7 an
der Düsennadel.
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In
dem beschriebenen Ausführungsbeispiel sind
die Abschnitte 85, 86 und 87 der Zulaufdrossel 77 sowie
die Abschnitte 88, 89 und 90 der Ablaufdrossel 78 als
Bohrungen mit Rundungsradius R bzw. R2 ausgebildet. Es sind jedoch
auch andere Geometrien denkbar, insbesondere können zur Anpassung der Drosselwirkung
der Zulaufdrossel 77 bzw. der Ablaufdrossel 78 auch
konische Abschnitte zwischen dem Eingangsabschnitt 85 bzw. 88 und
dem Drosselabschnitt 86 bzw. 89 und/oder zwischen
dem Drosselabschnitt 86 bzw. 89 und dem Ausgangsabschnitt 87 bzw. 90 vorgesehen
sein. Außerdem
kann die Drosselplatte 76 auch mehrteilig ausgebildet sein.
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In
den 5 bis 8 ist das Verfahren
beschrieben, wie der in dem ersten Speicherelement 47 hinterlegte
zeitliche Korrekturwert bestimmt ist und in dem Steuergerät 3 hinterlegt
wird, und wie außerdem die
geeignete Drosselplatte 76 bestimmt und ausgewählt ist.
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Im
Schritt 100 beginnt das Verfahren. Zu diesem Zeitpunkt
befindet sich das Brennstoffeinspritzventil 2 (in der Zeichnung
kurz "BEV") in einem zusammengebauten
und funktionsfähigen
Zustand, in dem allerdings noch ein mit geringfügigem Aufwand möglicher
Austausch der Drosselplatte 76 möglich ist.
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Im
Schritt 101 wird das Brennstoffeinspritzventil 2 im
ballistischen Betrieb und deaktiviertem Druckverstärkungs-Betätigungsmittel 21 betrieben. Im
ballistischen Betrieb erfolgt keine vollständige Öffnung des Brennstoffeinspritzventils 2,
d.h., dass die Ventilnadel 8 keine vollständige Öffnungsbewegung ausführt. Anschließend wird
im Schritt 102 die pro Zyklus abgespritzte Einspritzmenge
des Brennstoffeinspritzventils 2 gemessen. Im Schritt 103 wird
im Hinblick auf den im Schritt 101 gewählten Betrieb aus der in Schritt 102 gemessenen
Einspritzmenge ein A/Z-Drosselverhältnis bestimmt, mit dem ein
dynamischer Verlauf der Druckänderung
im Steuerraum 80 erreicht wird, der im Rahmen des in Schritt 101 gewählten Betriebs
zu einer vorgegebenen Einspritzmenge im Schritt 102 führt. Die
Schritte 101 und 102 werden vorzugsweise mit einer
vorgegebenen (normalen) Drosselplatte 76 oder einer geeichten
Drosselplatte 76 durchgeführt, so dass das A/Z-Drosselverhältnis aus
einer Tabelle ausgelesen werden kann.
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Im
Schritt 104 wird überprüft, ob das A/Z-Drosselverhältnis im
Hinblick auf den im Schritt 101 gewählten Betrieb mit dem A/Z-Drosselverhältnis eines
idealisierten Brennstoffeinspritzventils 2 übereinstimmt.
Falls nein, dann wird die Drosselplatte 76 durch eine Drosselplatte
mit dem im Schritt 103 bestimmten A/Z-Drosselverhältnis ersetzt
(Schritt 105). Falls ja, dann wird der Schritt 105 übersprungen.
Allerdings kann im Fall einer geeichten Drosselplatte 76 der
Schritt 105 in jedem Fall ausgeführt werden, um auch bei ordnungsgemäßem A/Z-Drosselverhältnis die
geeichte Drosselplatte 76 durch eine gewöhnliche
Drosselplatte 76 zu ersetzen.
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Anschließend wird
das Brennstoffeinspritzventil 2 im Schritt 106 im nicht
ballistischen Betrieb mit Druckverstärkung betrieben. Dabei kann
das Druckverstärkungs-Betätigungsmittel 21 gleichzeitig mit
dem Einspritzungsbetätigungsmittel 20 aktiviert werden.
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Nach
dem Schritt 106 in 5 wird das
Verfahren mit dem Schritt 110 in 6 fortgesetzt,
wie es durch die Verbindungspfeile 107A und 107B dargestellt
ist.
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Im
Schritt 110 der 6 wird die Einspritzmenge gemessen.
Anschließend
wird im Schritt 111 überprüft, ob die
im Schritt 110 gemessene Ist-Menge mit einer vorgegebenen
Soll-Menge übereinstimmt.
Falls dies der Fall ist, dann wird das Verfahren mit dem Schritt 115 in 7 fortgesetzt,
wie es durch die Verbindungspfeile 112A und 112B dargestellt
ist.
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Falls
die im Schritt 110 gemessene Einspritzmenge bereits der
gewünschten
Einspritzmenge entspricht, dann ist keine Korrektur erforderlich.
Deshalb wird im Schritt 115 im Steuergerät 3 gespeichert, dass
keine Korrektur des zeitlichen Versatzes erforderlich ist. Dies
kann dadurch erfolgen, dass im ersten Speicherelement 47 der
Wert 0 (Null) hinterlegt wird.
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Auf
den Schritt 115 folgt der Schritt 116, in dem
das Verfahren zum Abgleichen des Brennstoffeinspritzventils 2 endet.
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Falls
im Schritt 111 der 6 ermittelt
wird, dass die Ist-Menge
nicht mit der Soll-Menge übereinstimmt,
dann wird das Verfahren mit dem Schritt 120 fortgesetzt.
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Im
Schritt 120 wird ein korrigierter zeitlicher Versatz zwischen
der Aktivierung des Einspritzungsbetätigungsmittels 20 und
des Druckverstärkungs-Betätigungsmittels 21 bestimmt,
bei dem die von dem Brennstoffeinspritzventil 2 abgespritzte Brennstoffmenge
der Soll-Menge entspricht. Die im Schritt 120 durchgeführte Bestimmung
kann so erfolgen, dass der zeitliche Versatz kontinuierlich erhöht bzw.
verringert wird, bis die abgespritzte Ist-Menge an Brennstoff der
Soll-Menge entspricht. Die Differenz zwischen dem so ermittelten
(korrigierten) zeitlichen Versatz und dem in Schritt 110 eingestellten Versatz
ergibt dann den Korrekturwert, der sowohl positiv als auch negativ
sein kann. Alternativ kann der Korrekturwert für den zeitlichen Versatz auch
aus einer Tabelle ausgelesen werden. An dem Schritt 120 schließt sich
der Schritt 121 an, in dem der in dem Schritt 120 bestimmte
zeitliche Korrekturwert für
den zeitlichen Versatz im zweiten Speicherelement 48 des
Steuergeräts 3 gespeichert
wird.
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Nach
dem Schritt 121 endet das Verfahren im Schritt 122.
Falls das erste Speicherelement 47 des Steuergeräts 3 als
EEPROM oder als anderes nicht flüchtiges
programmierbares oder einstellbares Speicherelement ausgebildet
ist, dann bedeutet "Speichern" in den Schritten 115 und 121 Programmieren
oder Einstellen.
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Nachdem
das Einstellverfahren in den Schritten 122 oder 116 für das bestimmte
Brennstoffeinspritzventil 1 beendet ist, kann ein dauerhaftes Verschließen oder
Versiegeln des Brennstoffeinspritzventils 2, z.B. in Form
einer Kunststoffummantelung, erfolgen.
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Die
Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt.