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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Kraftstoffeinspritzsystem zur Einspritzung
von Kraftstoff in eine Brennkraftmaschine.
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Bei
einem Kraftstoffeinspritzsystem für eine Brennkraftmaschine sind
mehrere Injektoren jeweiligen Zylindern der Brennkraftmaschine zur
Einspritzung von Kraftstoff in die Brennräume der Zylinder zugeordnet.
Ein solcher Injektor umfasst einen Düsenkörper mit einem Kraftstoffkanal
und Kraftstoffeinspritzöffnungen,
eine in dem Düsenkörper zum Öffnen und
Schließen
der Kraftstoffeinspritzöffnungen beweglich
angeordnete Düsennadel
sowie ein elektromagnetisches Stellglied bzw. einen elektromagnetischen
Aktor zur direkten oder indirekten Anhebung der Düsennadel.
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Wenn
einem Solenoiden des elektromagnetischen Aktors ein elektrischer
Strom zugeführt
wird, wird eine elektromagnetische Kraft erzeugt, durch die die
Düsennadel
direkt oder indirekt zur Einleitung der Kraftstoffeinspritzung durch
Freigabe der Kraftstoffeinspritzöffnungen
angehoben wird. Wenn die Zuführung
des elektrischen Stroms zu dem Solenoiden unterbrochen wird, verschwindet
diese elektromagnetische Kraft zur Beendigung der Kraftstoffeinspritzung durch
Schließen
der Kraftstoffeinspritzöffnungen.
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Der
dem Solenoiden zugeführte
elektrische Strom wird in der in 7 veranschaulichten
Weise in jeweiligen Stromzuführungsperioden
(die einer Kraftstoffeinspritzperiode entsprechen) veränderlich gesteuert.
Wie in 7 dargestellt
ist, ändert
sich hierbei die Stromzuführung
zu dem Solenoiden derart, dass zu Beginn einer Stromzuführungsperiode zunächst ein
Spitzenstrom Ip zugeführt
wird, woraufhin die Zuführung
eines ersten Konstantstroms I1, der kleiner als der Spitzenstrom
Ip ist, und schließlich die
Zuführung
eines zweiten Konstantstroms I2 erfolgen, der wiederum kleiner als
der erste Konstantstrom I1 ist.
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Der
Spitzenstrom Ip wird dem Solenoiden zur kurzzeitigen Erzeugung einer
erheblich großen elektromagnetischen
Kraft zur Einleitung des Anhebungsvorgangs der Düsennadel zugeführt. Ein
bewegliches Ventilelement des elektromagnetischen Aktors wird von
einer Feder zur Gewährleistung
einer guten Abdichtungswirkung in Bezug auf den hohen Kraftstoffdruck
mit einer relativ hohen Federkraft (Andruckkraft) beaufschlagt.
Aus diesem Grund ist eine erheblich hohe elektromagnetische Kraft
zur Einleitung der Bewegung des Ventilelements gegen die relativ
hohe Federkraft erforderlich.
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Der
erste Konstantstrom I1 wird zur kontinuierlichen Erzeugung einer
elektromagnetischen Kraft zugeführt,
durch die die Düsennadel
bis zu einer vorgegebenen Haltestellung angehoben wird. Der erste Konstantstrom
I1 muss daher keinen derart hohen Stromwert wie der Spitzenstrom
Ip aufweisen und kann demzufolge auf einen geringeren Wert als der Spitzenstrom
Ip eingestellt werden.
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Der
zweite Konstantstrom I2 wird dagegen zur kontinuierlichen Erzeugung
einer elektromagnetischen Kraft zugeführt, durch die die Düsennadel
in ihrer vorgegebenen Haltestellung festgehalten wird. Demzufolge
wird der zweite Konstantstrom I2 auf einen Wert eingestellt, der
unter dem ersten Konstantstrom I1 liegt.
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Die
Stromzufuhr zu dem Solenoiden wird von einer Steuereinheit gesteuert,
die einen Teil des Kraftstoffeinspritzsystems bildet. Diese Steuereinheit umfasst
eine Hochspannungs-Zuführungseinrichtung
zur Zuführung
des Spitzenstroms Ip zu dem Solenoiden durch Heraufsetzung einer
von einer Batterie abgegebenen Spannung, Speicherung der heraufgesetzten
Hochspannung und Entladung der Hochspannung, eine Konstantstrom-Zuführungseinrichtung
zur Regelung der Stromzufuhr zu dem Solenoiden dahingehend, dass
der Strom auf die jeweiligen Sollwerte des ersten Konstantstroms
I1 und des zweiten Konstantstroms I2 eingeregelt wird, eine Strommesseinrichtung
zur Messung des dem Solenoiden zugeführten Stroms sowie einen Mikrocomputer
zur Abgabe von Befehlssignalen zur Ansteuerung der vorstehend beschriebenen
Einrichtungen.
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Dem
Mikrocomputer werden verschiedene Arten von Signalen zugeführt, die
Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine entsprechen, sodass der
Mikrocomputer Führungswerte
zur Steuerung bzw. Regelung der Kraftstoffeinspritzung durch die Injektoren
berechnet. Hierbei führt
der Mikrocomputer der Hochspannungs-Zuführungseinrichtung
und der Konstantstrom-Zuführungseinrichtung
Befehlssignale zu, damit deren Stromversorgung in Abhängigkeit
von den berechneten Führungswerten
und Sollwerten für
den ersten und den zweiten Konstantstrom erfolgt. Auf diese Weise
führt die
Hochspannungs-Zuführungseinrichtung
zunächst
den Spitzenstrom Ip dem Solenoiden auf der Basis der Befehlssignale
zu, woraufhin die Konstantstrom-Zuführungseinrichtung
aufeinanderfolgend die Stromversorgung für den Solenoiden auf die Sollwerte
des ersten Konstantstroms I1 und des zweiten Konstantstroms I2 einregelt.
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Die
Konstantstrom-Zuführungseinrichtung umfasst
einen Vergleicher zum Vergleichen eines von der Strommesseinrichtung
gemessenen Stromwertes mit einem von dem Mikrocomputer abgegebenen
Sollwert der Stromversorgung, sowie eine EIN-AUS-Steuereinrichtung
mit einem Schaltelement zum Einschalten und Abschalten der Stromzufuhr von
der Batterie zu dem Solenoiden in Abhängigkeit von einem Steuersignal
des Vergleichers. Auf diese Weise wird die Stromversorgung des Solenoiden
in Form eines sägezahnartigen
Verlaufs geregelt, wobei der Durchschnittswert (oder Mittelwert)
des ersten Konstantstroms auf den Sollwert eingeregelt werden kann.
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Die
Batteriespannung kann jedoch z.B. bei einem mit einer starken Batteriebelastung
verbundenen Startvorgang (Anlassvorgang) der Brennkraftmaschine
in erheblichem Maße
abfallen. Bei abgefallener Batteriespannung verlängert sich jedoch die Ansprechzeit
bis zum Erreichen des Sollwertes des zugeführten Stroms auf Grund einer
Korrelation zwischen der Batteriespannung und der Ansprechzeit, wie
sie in 8A veranschaulicht
ist. Bei abnehmender Batteriespannung verringert sich somit die
Anzahl der EIN-AUS-Schaltvorgänge,
durch die die Verbindung des Solenoiden mit der Batterie eingeschaltet
und abgeschaltet wird. Fällt
die Batteriespannung weiter ab, kann der zugeführte Strom unter einen oberen
Grenzwert des ersten Konstantstroms I1 abfallen, sodass der Solenoid
in der in 9 veranschaulichten
Weise ohne Abschaltung ständig
mit Strom versorgt wird, wobei der zugeführte Strom von dem ersten Konstantstrom
I1 auf den zweiten Konstantstrom I2 übergeht.
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Dies
hat zur Folge, dass sich der Anhebungszustand der Düsennadel
verändert,
wobei sich die Abweichung der Kraftstoffeinspritz-Istmenge von einer
Sollmenge in der in 8B veranschaulichten Weise
mit zunehmendem Abfallen der Batteriespannung vergrößert.
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Probleme des
Standes der Technik
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Zur
Verhinderung einer solchen Abweichung der Kraftstoffeinspritz-Istmenge
von der Sollmenge ist daher bereits vorgeschlagen worden, die Führungswerte
in Abhängigkeit
vom Betrag der Batteriespannung zu korrigieren. Bei diesem Verfahren
des Standes der Technik muss jedoch die Batteriespannung ständig überwacht
und mit äußerst hoher
Geschwindigkeit gemessen und berechnet werden, was eine erhebliche
Belastung der Steuereinheit zur Folge hat. Wenn dagegen der Messzyklus
zur Verringerung der Belastung der Steuereinheit verlängert wird, verzögert sich
die Rückkopplung
der gemessenen Batteriespannung, was zu einer Verschlechterung des
Ansprechverhaltens der Regelung führt.
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Weiterhin
ist es z.B. aus der japanischen Patentschrift H1-92 544 bekannt,
den Einfluss der Batteriespannung auf den Kraftstoffeinspritzvorgang
zu berücksichtigen,
indem bei Abfallen der Batteriespannung unter einen vorgegebenen
Wert die Brennkraftmaschine durch Unterbrechung der Kraftstoffeinspritzung
abgestellt wird. Da bei diesem Stand der Technik jedoch Maßnahmen
zum Abstellen der Brennkraftmaschine bei einem abnormen Zustand der
Batteriespannung in Betracht gezogen werden, kann auf diese Weise
eine Abweichung der Kraftstoffeinspritz-Istmenge von der Sollmenge
bei einem Abfallen der Batteriespannung nicht verhindert werden.
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Die
Erfindung ist angesichts der vorstehend beschriebenen Probleme konzipiert
worden, wobei ihr die Aufgabe zu Grunde liegt, ein Kraftstoffeinspritzsystem
anzugeben, bei dem eine Abweichung einer Kraftstoffeinspritz-Istmenge
von einer Sollmenge auch bei abgefallener Batteriespannung ohne Vergrößerung der
Belastung einer Steuereinheit verhindert werden kann.
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Diese
Aufgabe wird mit den in den Patentansprüchen angegebenen Mitteln gelöst.
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Gemäß einem
Merkmal der Erfindung umfasst ein Kraftstoffinjektor einen elektromagnetischen Aktor
zur Erzeugung einer elektromagnetischen Kraft bei Beaufschlagung
eines Solenoiden des elektromagnetischen Aktors mit einem elektrischen
Strom sowie eine Düsennadel,
die von dieser elektromagnetischen Kraft direkt oder indirekt zur
Freigabe einer Einspritzöffnung
angehoben wird. Eine elektronische Steuereinheit des Kraftstoffeinspritzsystems
umfasst eine Befehlssignal-Berechnungseinrichtung
zur Berechnung eines Befehlssignals zur Steuerung bzw. Regelung
der Kraftstoffeinspritzung durch den Kraftstoffinjektor in Abhängigkeit
von Betriebszuständen der
Brennkraftmaschine, eine Spannungszuführungs-Regeleinrichtung zur Einregelung des
dem Solenoiden zugeführten
Stroms auf einen Sollwert, um eine vorgegebene Größe der elektromagnetischen Kraft
zu erhalten, eine Batteriespannungs-Messeinrichtung zur Messung
der dem Solenoiden zuzuführenden
Batteriespannung, eine Sollwert-Änderungseinrichtung
zur Änderung
des Sollwertes des dem Solenoiden zugeführten Stroms in Abhängigkeit
von der gemessenen Batteriespannung und eine Korrektureinrichtung
zur Korrektur des Befehlssignals in Abhängigkeit von dem geänderten
Sollwert.
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Gemäß diesem
Merkmal der Erfindung kann der Sollwert der Stromzufuhr für den ersten
Konstantstrom auf einen erheblich unter der Batteriespannung liegenden
Wert verändert
werden, sodass auch bei abgefallener Batteriespannung die Stromversorgung des
Solenoiden in Form eines EIN-AUS-Schaltbetriebs mit Sägezahnverlauf
erfolgen kann.
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Der
(in Abhängigkeit
von der Batteriespannung ausgewählte)
Sollwert besitzt eine ausreichende Toleranz, die einer Differenz
zwischen der Batteriespannung und dem Sollwert der Stromzufuhr für den ersten
Konstantstrom entspricht und die Stromversorgung des Solenoiden
im EIN-AUS-Schaltbetrieb mit Sägezahnverlauf
auch bei abgefallener Batteriespannung ermöglicht. Auf diese Weise erübrigt sich
eine ständige Überwachung
der Batteriespannung.
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Darüber hinaus
lässt sich
eine Abweichung der Kraftstoffeinspritz-Istmenge von der Sollmenge auch
bei einer durch einen Batteriespannungsabfall hervorgerufenen Veränderung
des Anhebungszustands der Düsennadel
des Kraftstoffinjektors durch eine Korrektur der Führungswerte
(Befehlswerte) verhindern. Eine Abweichung der Kraftstoffeinspritz-Istmenge
von der Sollmenge kann daher ohne ständige Überwachung der Batteriespannung
verhindert werden.
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Gemäß einem
anderen Merkmal der Erfindung wird der Messzyklus der Batteriespannungs-Messeinrichtung
länger als
ein Kraftstoffeinspritzzyklus des Kraftstoffinjektors ausgestaltet,
sodass die Belastung der Steuereinheit durch die Überwachung
der Batteriespannung in erheblichem Maße verringert werden kann.
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Gemäß einem
weiteren Merkmal der Erfindung umfasst das Befehlssignal ein Befehlssignal
für eine
Stromzuführungs-Startzeit,
die einer Kraftstoffeinspritz-Startzeit des Kraftstoffinjektors
entspricht.
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Darüber hinaus
erfolgt gemäß einem
weiteren Merkmal der Erfindung die Messung der Batteriespannung
durch die Batteriespannungs-Messeinrichtung, bevor die Stromzufuhr
zu dem Solenoiden einsetzt.
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Das
Befehlssignal für
die Stromzuführungs-Startzeit
kann somit nur vor Beginn der Stromzufuhr zu dem Solenoiden korrigiert
werden.
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Gemäß einem
weiteren Merkmal der Erfindung umfasst das Befehlssignal ein Befehlssignal
für eine
Stromzuführungsperiode,
die einer Kraftstoffeinspritzperiode des Kraftstoffinjektors entspricht.
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Gemäß einem
weiteren Merkmal der Erfindung erfolgt die Messung der Batteriespannung durch
die Batteriespannungs-Messeinrichtung, nachdem die Stromzufuhr zu
dem Solenoiden eingesetzt hat.
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Das
Befehlssignal für
die Stromzuführungsperiode
kann somit entweder vor Beginn der Stromzufuhr zu dem Solenoiden
oder nach Einsetzen der Stromzufuhr zu dem Solenoiden korrigiert
werden.
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Gemäß einem
weiteren Merkmal der Erfindung entspricht die vorgegebene Größe der elektromagnetischen
Kraft einem Wert, bei dem die Düsennadel
in ihrer vorgegebenen Stellung gehalten werden kann.
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Die
Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme
auf die zugehörigen
Zeichnungen näher
beschrieben. Es zeigen:
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1 eine
schematische Ansicht eines Kraftstoffeinspritzsystems gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
der Erfindung,
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2 eine
schematische Ansicht von Hauptkomponenten einer elektronischen Steuereinheit
des ersten Ausführungsbeispiels,
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3 Kennlinien,
die eine Korrelation zwischen der Batteriespannung und einem Sollwert
eines ersten Konstantstroms veranschaulichen,
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4A und 4B schematische
Darstellungen von Korrelationen zwischen dem Sollwert des ersten
Konstantstroms und einem Korrekturwert für eine Stromzuführungs-Startzeit
sowie zwischen dem Sollwert des ersten Konstantstroms und einem
Korrekturwert für
die Stromzuführungsperiode,
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5 eine
schematische Darstellung eines Stromzuführungsverlaufs,
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6A eine
schematische Darstellung eines Stromzuführungsverlaufs, bei dem nach
einem Spitzenstrom nur ein erster Konstantstrom zugeführt wird,
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6B eine
schematische Darstellung eines Stromzuführungsverlaufs, bei dem ein
erster und zweiter Konstantstrom ohne einen Spitzenstrom zugeführt werden,
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7 eine
schematische Darstellung eines Stromzuführungsverlaufs, bei dem zunächst die
Zuführung
eines Spitzenstroms erfolgt und sodann ein erster und zweiter Konstantstrom
zugeführt
werden,
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8A und 8B schematische
Darstellungen von Korrelationen zwischen der Batteriespannung und
einer Ansprechzeit sowie zwischen der Batteriespannung und einer
Abweichung einer Kraftstoffeinspritz-Istmenge von einer Sollmenge,
und
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9 eine
schematische Darstellung eines Stramzuführungsverlaufs gemäß dem Stand
der Technik bei abgefallener Batteriespannung.
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Erstes Ausführungsbeispiel
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Nachstehend
wird eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel
der Erfindung unter Bezugnahme auf die 1 und 2 näher beschrieben.
Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 1 stellt eine Vorrichtung zur
Zuführung und
Einspritzung von Kraftstoff in jeweilige Zylinder einer (4-Zylinder-)
Diesel-Brennkraftmaschine dar (die nachstehend vereinfacht als Brennkraftmaschine
bezeichnet ist). Wie in 1 veranschaulicht ist, umfasst
die Brennkraftmaschine eine Kraftstoffförderpumpe 1b zum Ansaugen
von Kraftstoff aus einem Kraftstofftank 1a und Abgabe von
unter hohem Druck stehendem Kraftstoff, eine gemeinsame Verteilerleiste
(Common Rail) 1c zur Speicherung von Hochdruck-Kraftstoff
und Einregelung des Kraftstoffdrucks auf einen Raildruck, mit dem
der Kraftstoff eingespritzt wird, mehrere Injektoren 2,
die jeweiligen Zylindern der Brennkraftmaschine zugeordnet sind und
den Hochdruck-Kraftstoff in die jeweiligen Zylinder einspritzen,
sowie eine elektronische Steuereinheit 3 zur elektronischen
Steuerung bzw. Regelung der Kraftstoffförderpumpe 1b, der
Injektoren 2 usw.
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Die
Injektoren 2 sind an der stromabwärtigen Seite von Hochdruck-Kraftstoffleitungen 1d angeordnet,
die von der gemeinsamen Verteilerleiste (Common Rail) 1c abzweigen.
Ein solcher Injektor 2 umfasst eine Einspritzdüse 2a zur
Einspritzung des Hochdruck-Kraftstoffs in den zugehörigen Zylinder der
Brennkraftmaschine sowie ein Magnetventil 2b, das als elektromagnetisches
Stellglied bzw. elektromagnetischer Aktor zur Betätigung der
Einspritzdüse 2a durch
eine elektromagnetische Kraft dient, die von dem einem (in 2 dargestellten)
Solenoiden 4 zugeführten
Strom erzeugt wird.
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Die
Einspritzdüse 2a umfasst
eine Düsennadel 2d,
die durch die elektromagnetische Kraft zur Freigabe von Einspritzöffnungen 2c indirekt
angehoben wird, einen Hauptkörper 2e mit
den Einspritzöffnungen 2c,
in dem die Düsennadel 2d beweglich
angeordnet ist, sowie eine in dem Hauptkörper 2e angeordnete
Düsenfeder 2f,
die auf die Düsennadel 2d in der
Schließrichtung
der Einspritzöffnungen 2c einwirkt.
Die Einspritzdüse 2a umfasst
außerdem
einen Kraftstoff-Sammelbereich 2j, der mit der gemeinsamen
Verteilerleiste (Common Rail) 1c über die Hochdruckleitung 1d und
einen Kraftstoffkanal 2i in Verbindung steht, wobei der
Kraftstoffdruck in diesem Kraftstoff-Sammelbereich 2j auf
einem dem Raildruck weitgehend entsprechenden Druckwert gehalten
wird. Die Einspritzdüse 2a umfasst
weiterhin eine Steuerkammer 2n, die mit der gemeinsamen
Verteilerleiste (Common Rail) 1c über einen weiteren Kraftstoffkanal 2k in
Verbindung steht, sodass die Steuerkammer 2n mit dem Raildruck
beaufschlagt wird, wobei sie außerdem über eine
Kraftstoff-Rücklaufleitung 2m mit
dem Kraftstofftank 1a verbunden ist, wodurch der Raildruck
abgebaut bzw. freigegeben wird.
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Die
Düsennadel 2d umfasst
eine Nadel 2q zum Freigeben oder Schließen der Einspritzöffnungen 2c durch
Abheben von oder Anliegen an einem in dem Hauptkörper 2e ausgebildeten
Ventilsitz 2p sowie einen die Steuerkammer 2n bildenden
Steuerkolben 2r, der sich bei Beaufschlagung mit dem Kraftstoffdruck
in der Steuerkammer 2n in Axialrichtung bewegt. Die Nadel 2q und
der Steuerkolben 2r sind über einen Druckstift 2s miteinander
verbunden, sodass sich diese Elemente in dem Hauptkörper 2e als
Einheit in Axialrichtung bewegen. Der Druckstift 2s weist
hierbei einen Flanschteil 2t zur Halterung der Düsenfeder 2f auf.
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Der
Kraftstoff-Sammelbereich 2j und der Kraftstoffkanal 2i sind
in dem Hauptkörper 2e ausgebildet.
Der Hauptkörper 2e umfasst
weiterhin einen Düsenkörper 2u zur
Aufnahme der Nadel 2q sowie ein Düsenhaltergehäuse 2v zur
Aufnahme der Düsenfeder 2f und
des Steuerkolbens 2r. In dem Düsenhaltergehäuse 2v sind
die Steuerkammer 2n und der Kraftstoffkanal 2k ausgebildet.
Eine Manschette 2w ist zwischen dem Düsenkörper 2u und dem Düsenhaltergehäuse 2v zur
Begrenzung der Aufwärtsbewegung
der Düsennadel 2d bei
deren Anhebung angeordnet. An der dem Düsenkörper 2u gegenüber liegenden
Seite des Düsenhaltergehäuses 2v sind zwei
Lochscheiben 2x angeordnet, durch die eine Einlassöffnung 2y und
eine Auslassöffnung 2z gebildet
werden. Die Einlassöffnung 2y beschränkt die Zuführung des
Raildrucks in die Steuerkammer 2n, während die Auslassöffnung 2z die
Abführung
des Raildrucks aus der Steuerkammer 2n begrenzt. Der Innendurchmesser
der Auslassöffnung 2z ist
hierbei größer als
derjenige der Einlassöffnung 2y.
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Wenn
durch Zuführung
von Strom zu dem Solenoiden 4 eine elektromagnetische Kraft
erzeugt wird, wird ein (nicht dargestelltes) Ventilelement des Magnetventils 2b zum Öffnen der
Kraftstoffrücklaufleitung 2m betätigt. Bei
der Öffnung
der Kraftstoffrücklaufleitung 2m nimmt
der Kraftstoffdruck in der Steuerkammer 2n ab, da der Innendurchmesser
der Auslassöffnung 2z größer als
derjenige der Einlassöffnung 2y ist
und hierdurch die Kraftstoffabführungsmenge
aus der Steuerkammer 2n größer als die Kraftstoffzuführungsmenge
in die Steuerkammer 2n hinein wird. Dies hat zur Folge,
dass die durch den Kraftstoffdruck in dem Kraftstoff-Sammelbereich 2j erzeugte
Anhebungskraft größer als
die Summe der Federkraft der Düsenfeder 2f und
der von dem Kraftstoffdruck in der Steuerkammer 2n erzeugten
Andruckkraft wird und auf diese Weise die Nadel 2q von dem
Ventilsitz 2p abgehoben und die Düsennadel 2d angehoben
werden. Hierdurch setzt die Kraftstoffeinspritzung über die
Einspritzöffnungen 2c ein.
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Wenn
die elektromagnetische Kraft bei der Unterbrechung der Stromversorgung
des Solenoiden 4 nicht mehr einwirkt, wird das Ventilelement
von einer (nicht dargestellten) Feder des Magnetventils 2b zum Schließen der
Kraftstoffrücklaufleitung
2m bewegt. Durch das Schließen
der Kraftstoffrücklaufleitung
2m wird die Abnahme des Kraftstoffdrucks in der Steuerkammer 2n beendet
und ein Anstieg des Kraftstoffdrucks in der Steuerkammer 2n eingeleitet,
da der Abbau des Raildrucks in der Steuerkammer 2n beendet
wird. Der Kraftstoffdruck in der Steuerkammer 2n steigt
dann auf einen dem Raildruck entsprechenden Druckwert an (d.h.,
auf einen dem Druck im Kraftstoff-Sammelbereich 2j entsprechenden
Wert). Dies hat zur Folge, dass die Summe der Federkraft der Düsenfeder 2f und
der von dem Kraftstoffdruck in der Steuerkammer 2n erzeugten
Andruckkraft größer als
die von dem Kraftstoffdruck in dem Kraftstoff-Sammelbereich 2j erzeugte
Anhebungskraft wird, sodass die Nadel 2q auf den Ventilsitz 2p gedrückt wird
und hierdurch die Kraftstoffeinspritzung über die Einspritzöffnungen 2c endet.
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Wie
vorstehend beschrieben, wird somit durch den dem Solenoiden 4 zugeführten Strom
bei dem Magnetventil 2b eine elektromagnetische Kraft erzeugt,
durch die die Kraftstoffrücklaufleitung 2m geöffnet wird.
Das Magnetventil 2b hebt daher indirekt die Düsennadel 2d (d.h.,
die Nadel 2q) durch Öffnung
der Kraftstoffrücklaufleitung 2m durch
die erzeugte elektromagnetische Kraft an, um schließlich die
Einspritzöffnungen 2c zu öffnen, d.h.,
das Magnetventil 2b betätigt
die Düsennadel 2a durch
Erzeugung einer elektromagnetischen Kraft. Der Öffnungsgrad der Kraftstoffrücklaufleitung 2m hängt von
der Größe der elektromagnetischen
Kraft (d.h., dem Wert oder Betrag des dem Solenoiden 4 zugeführten Stroms)
ab, wobei die Anhebungsstellung der Nadel 2q sowie die Anhebungsgeschwindigkeit
von dem Öffnungsgrad
bestimmt werden.
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In 7 ist
ein Stromzuführungsverlauf
für den
Solenoiden 4 veranschaulicht, wobei dieser Stromzuführungsverlauf
während
eines Stromzuführungszyklus
(Periode) stattfindet. Wie in 7 veranschaulicht
ist, erfolgt die Stromzufuhr zu dem Solenoiden 4 derart,
dass zu Beginn des Stromzuführungszyklus
zunächst
ein Spitzenstrom Ip zugeführt
wird, woraufhin die Zuführung
eines ersten Konstantstroms I1, der kleiner als der Spitzenstrom
Ip ist, und sodann die Zuführung
eines zweiten Konstantstroms I2 erfolgen, der wiederum kleiner als
der erste Konstantstrom I1 ist.
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Der
Spitzenstrom Ip wird zur sofortigen, kurzzeitigen Erzeugung einer
erheblichen elektromagnetischen Kraft zur Einleitung des Anhebens
der Nadel 2q erzeugt. Auf das (nicht dargestellte) Ventilelement des
Magnetventils 2b wird nämlich
durch dessen (nicht dargestellte) Feder eine relativ hohe Federkraft ausgeübt, um eine
gute Abdichtungswirkung in Bezug auf den hohen Kraftstoffdruck zu
gewährleisten. Demzufolge
ist eine erhebliche elektromagnetische Kraft zur Einleitung der
Bewegung des Ventilelements gegen die relativ hohe Federkraft (Andruckkraft)
erforderlich.
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Der
erste Konstantstrom I1 wird zur kontinuierlichen Erzeugung einer
elektromagnetischen Kraft zugeführt,
durch die die Nadel 2q bis zu einer vorgegebenen Haltestellung
angehoben werden kann. Für den
ersten Konstantstrom I1 ist daher kein derart hoher Strom wie bei
dem Spitzenstrom Ip erforderlich, sodass der erste Konstantstrom
I1 auf einen unter dem Spitzenstrom Ip liegenden Wert eingestellt
wird.
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Der
zweite Konstantstrom I2 wird zur kontinuierlichen Erzeugung einer
elektromagnetischen Kraft zugeführt,
durch die die Nadel 2q in ihrer vorgegebenen Haltestellung
festgehalten werden kann. Der zweite Konstantstrom I2 kann daher
auf einen Wert eingestellt werden, der unter dem ersten Konstantstrom
I1 liegt.
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Wie
in 2 veranschaulicht ist, umfasst die elektronische
Steuereinheit 3 einen Mikrocomputer 5 zur Durchführung eines
Steuer- und Regelablaufs und eines Rechenvorgangs auf der Basis
von Eingangssignalen verschiedener Arten von Sensoren, Speicherdaten
und Steuerprogrammen, eine Hochspannungs-Zuführungseinrichtung 7 zur
Heraufsetzung der Spannung einer Batterie 6 und Speicherung der
heraufgesetzten Hochspannung sowie Entladung der Hochspannung, sodass
der Spitzenstrom Ip dem Solenoiden 4 zugeführt wird,
eine Konstantstrom-Zuführungseinrichtung 8 zur
Regelung der Stromversorgung des Solenoiden 4 dahingehend,
dass der Strom auf jeweilige Sollwerte des ersten Konstantstroms
I1 und des zweiten Konstantstroms I2 eingeregelt wird, eine Strommesseinrichtung 9 zur
Messung des dem Solenoiden 4 zugeführten Stroms sowie eine Schalteinrichtung 10 zum
Einschalten und Abschalten des von der Hochspannungs-Zuführungseinrichtung 7 oder
der Konstantstrom-Zuführungseinrichtung 8 dem
Solenoiden 4 zugeführten Stroms
in Abhängigkeit
von einem vom Mikrocomputer 5 zugeführten Befehlssignal.
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Der
Mikrocomputer 5 berechnet einen Führungswert zur Steuerung bzw.
Regelung der über
die Injektoren 2 erfolgenden Kraftstoffeinspritzung auf der
Basis von Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine repräsentierenden
verschiedenen Signalen, sodass die Kraftstoffeinspritzung mit einer
Kraftstoffsollmenge über
die Injektoren 2 erfolgen kann. Der Mikrocomputer 5 dient
somit als Führungswert-Berechnungseinrichtung
zur Berechnung eines Führungswertes
zur Steuerung bzw. Regelung der Kraftstoffeinspritzung über die
Injektoren 2 in Abhängigkeit
von den Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine.
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Der
Mikrocomputer 5 führt
die Befehlssignale der Hochspannungs-Zuführungseinrichtung 7 und der
Konstantstrom-Zuführungseinrichtung 8 zu,
sodass die Stromversorgung in Abhängigkeit von dem Führungswert
und den Sollwerten des ersten Konstantstroms I1 und des zweiten
Konstantstroms I2 geregelt werden kann. Sodann wird zunächst der Spitzenstrom
Ip von der Hochspannungs-Zuführungseinrichtung 7 dem
Solenoiden 4 zugeführt,
woraufhin die Konstantstrom-Zuführungseinrichtung 8 aufeinanderfolgend
den dem Solenoiden 4 zugeführten Strom auf die Sollwerte
für den
ersten Konstantstrom I1 und den zweiten Konstantstrom I2 einregelt.
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Die
Konstantstrom-Zuführungseinrichtung 8 umfasst
einen Vergleicher 11 zum Vergleichen des von der Strommesseinrichtung 9 gemessenen Stromwertes
mit dem von dem Mikrocomputer 5 zugeführten Sollwert der Stromversorgung
sowie eine EIN-AUS-Steuereinrichtung mit einer Schalteinrichtung 12 zum
Einschalten und Abschalten des dem Solenoiden 4 von der
Batterie 6 zugeführten
Stroms in Abhängigkeit
von einem Steuersignal des Vergleichers 11. Auf diese Weise
wird der dem Solenoiden 4 zugeführte Strom in Form eines EIN-AUS-Schaltbetriebs
mit einem Sägezahnverlauf
geregelt, wobei die Durchschnittswerte (oder Mittelwerte) des ersten Konstantstroms
I1 und des zweiten Konstantstroms I2 in der in 7 veranschaulichten
Weise jeweils auf die Sollwerte eingeregelt werden können.
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Die
Konstantstrom-Zuführungseinrichtung 8 dient
somit als Stromzuführungs-Regeleinrichtung zur
Regelung der Stromversorgung des Solenoiden 4 dahingehend,
dass die elektromagnetische Kraft in Abhängigkeit von einem Sollwert
geregelt wird, bei dem eine elektromagnetische Kraft mit einer vorgegebenen
Größe erhalten
werden kann. Im einzelnen regelt die Konstantstrom-Zuführungseinrichtung 8 hierbei
den dem Solenoiden 4 zugeführten Strom auf einen Sollwert
für den
ersten Konstantstrom I1 ein, um eine elektromagnetische Kraft zu
erhalten, durch die die Nadel 2q bis zu der vorgegebenen
Haltestellung angehoben wird. Weiterhin regelt die Konstantstrom-Zuführungseinrichtung 8 in ähnlicher
Weise den dem Solenoiden 4 zugeführten Strom auf den Sollwert
für den
zweiten Konstantstrom I2 ein, um eine elektromagnetische Kraft zu
erhalten, durch die die Nadel 2q in der vorgegebenen Haltestellung
festgehalten wird. Die Strommesseinrichtung 9 wird hierbei
von einer bekannten Stromdetektorschaltung mit einem elektrischen
Widerstand 14 und dergleichen gebildet.
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Nachstehend
wird auf Betrieb und Wirkungsweise des ersten Ausführungsbeispiels
unter Bezugnahme auf die 3 und 4 näher eingegangen.
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Der
Mikrocomputer 5 hat die Funktionen, die von der Batterie 6 der
Hochspannungs-Zuführungseinrichtung 7 zuzuführende Batteriespannung
zu messen, die Sollwerte des zugeführten Stroms in Abhängigkeit
von der gemessenen Batteriespannung zu ändern und die Befehlssignale
in Abhängigkeit von
den geänderten
Sollwerten des zugeführten Stroms
zu korrigieren.
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Der
Mikrocomputer 5 misst hierbei die Batteriespannung auf
der Basis eines von einer bekannten Spannungsmesseinrichtung 15 erhaltenen
Messsignals, wobei der von dem Mikrocomputer 5 durchgeführte Messzyklus
der Batteriespannung länger
als der Einspritzzyklus bei den Injektoren 2 ist. Die Messung
der Batteriespannung erfolgt vor Beginn der Stromzuführung zu
dem Solenoiden 4, wobei die Änderung der Sollwerte für den zugeführten Strom
sowie die Korrektur der Führungswerte
gleichermaßen vor
Beginn der Stromzufuhr zu dem Solenoiden 4 erfolgen.
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Der
Mikrocomputer 5 ändert
die Sollwerte für die
Zuführung
des ersten Konstantstroms I1 in Abhängigkeit von der gemessenen
Batteriespannung in der in 3 veranschaulichten
Weise, d.h., falls die gemessene Spannung einen Schwellenwert v1 übersteigt,
wird der Sollwert für
die Zuführung
des ersten Konstantstroms I1 auf einen Wert I1a eingestellt, während bei
einer gemessenen Spannung, die unter dem Schwellenwert v1 jedoch über einem
Schwellenwert v2 liegt, der Sollwert für die Zuführung des ersten Konstantstroms
I1 auf einen Wert I1b eingestellt wird. In der gleichen Weise wird
bei einer gemessenen Spannung, die unter dem Schwellenwert v2 jedoch über einem
Schwellenwert v3 liegt, der Sollwert für die Zuführung des ersten Konstantstroms I1
auf einen Wert I1c eingestellt. Die jeweiligen Schwellenwerte v1
bis v3 sowie die jeweiligen Sollwerte I1a bis I1c werden von einer
Korrelation zwischen der Batteriespannung und dem Stromzuführungsbetrag
bestimmt, wobei jeweils die Korrelation mit dem unteren Grenzwert
der Datenfluktuation aus Gründen
der Betriebssicherheit ausgewählt
wird.
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Der
Sollwert für
die Zuführung
des ersten Konstantstroms I1 kann unter Verwendung einer Hysteresefunktion
verändert
werden. So wird z.B. der Sollwert von I1b auf I1a verändert, wenn
der erste Sollwert zwar auf I1b eingestellt ist, die gemessenen Werte
der Batteriespannung jedoch über
mehrere Messzyklen hinweg über
dem Schwellenwert v1 liegen.
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Der
Mikrocomputer 5 korrigiert die Befehlssignale in Abhängigkeit
von dem Sollwert der Zuführung
des ersten Konstantstroms I1. Die von dem Mikrocomputer 5 abgegebenen
Befehlssignale umfassen ein Befehlssignal für eine Startzeit der Stromzuführung, die
einer Startzeit der Kraftstoffeinspritzung über die Einspritzöffnungen 2c entspricht,
sowie ein Befehlssignal für
eine Stromzuführungsperiode,
die einer Einspritzperiode für
die Durchführung
der Kraftstoffeinspritzung über
die Einspritzöffnungen 2c entspricht.
Der Mikrocomputer 5 speichert verschiedene Korrekturbeträge für die jeweiligen
Sollwerte der Zuführung
des ersten Konstantstroms I1 in der in 4 veranschaulichten
Weise und korrigiert die Befehlssignale in Abhängigkeit von den Sollwerten.
Die Korrekturbeträge
für sowohl
die Stromzuführungs-Startzeit als auch
die Stromzuführungsperiode
nehmen mit kleiner werdenden Sollwerten der Zuführung des ersten Konstantstroms
I1 zu.
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Wie
vorstehend beschrieben, führt
somit der Mikrocomputer 5 des ersten Ausführungsbeispiels eine
Messung der Batteriespannung, eine Änderung der Sollwerte für die Zuführung des
ersten Konstantstroms I1 und eine Korrektur der Befehlssignale für die Stromzuführungs-Startzeit
und die Stromzuführungsperiode
in Abhängigkeit
von den geänderten Sollwerten
durch.
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Die
Sollwerte für
die Zuführung
des ersten Konstantstroms I1 können
daher auf kleinere Werte mit einer ausreichenden Toleranz in Bezug
auf die Batteriespannung eingestellt werden. Diese Toleranz entspricht
einer Differenz zwischen der Batteriespannung und dem Sollwert für die Zuführung des
ersten Konstantstroms I1, innerhalb der die Stromzufuhr zu dem Solenoiden
in Form eines EIN-AUS-Schaltbetriebs mit Sägezahnverlauf auch bei abgefallener Batteriespannung
erfolgen kann.
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Somit
ist es in der in 5 veranschaulichten Weise auch
bei einem Batteriespannungsabfall nicht erforderlich, den Schaltzyklus
zu verlängern. Außerdem erübrigt sich
eine ständige Überwachung der
Batteriespannung. Weiterhin können
Abweichungen der Kraftstoffeinspritz-Istmenge von der Sollmenge
verhindert und eine genaue Kraftstoffeinspritzsteuerung gewährleistet
werden, auch wenn sich die Bedingungen zur Anhebung der Nadel 2q auf Grund
einer Verringerung des Sollwertes des ersten Konstantstroms I1 verändern, da
die Befehlssignale für
die Stromzuführungs-Startzeit
und die Stromzuführungsperiode
entsprechend einer solchen Verringerung des Sollwertes korrigiert
werden. Wie vorstehend beschrieben, können somit Abweichungen der Kraftstoffeinspritz-Istmenge
von der Sollmenge verhindert und eine genaue Kraftstoffeinspritzsteuerung gewährleistet
werden, ohne dass hierdurch die Belastung der elektronischen Steuereinheit 3 durch
eine kontinuierliche Überwachung
der Batteriespannung vergrößert wird.
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Wie
vorstehend beschrieben, ist der Messzyklus der Batteriespannung
durch den Mikrocomputer 5 länger als der Einspritzzyklus über die
Injektoren 2, wodurch sich der durch die Messung der Batteriespannung
gegebene Einfluss auf die Belastung der elektronischen Steuereinheit 3 erheblich
verringert.
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Die
Messung der Batteriespannung erfolgt hierbei vor dem Beginn der
Stromzufuhr zu dem Solenoiden 4, sodass die Änderung
der Sollwerte für
die Zuführung
des ersten Konstantstroms I1 sowie die Korrektur der Führungswerte
für die
Stromzuführungs-Startzeit
und die Stromzuführungsperiode
gleichermaßen
vor Beginn der Stromzufuhr zu dem Solenoiden 4 erfolgen
können.
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Modifikationen
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Bei
dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel werden die Befehlssignale
für sowohl die
Stromzuführungs-Startzeit
als auch die Stromzuführungsperiode
in Abhängigkeit
von dem Sollwert des ersten Konstantstroms I1 korrigiert. Es kann
jedoch auch nur eine Korrektur des Befehlssignals für die Stromzuführungs-Startzeit
erfolgen, wenn die Messung der Batteriespannung vor Beginn der Stromzuführung zu
dem Solenoiden vorgenommen wird. Auch mit einer solchen Modifikation
lassen sich Abweichungen der Kraftstoffeinspritz-Istmenge von der
Sollmenge verhindern und eine genaue Kraftstoffeinspritzsteuerung
gewährleisten.
Wenn dagegen die Messung der Batteriespannung nach dem Einsetzen
der Stromzufuhr zu dem Solenoiden erfolgt, lassen sich Abweichungen
der Kraftstoffeinspritz-Istmenge von der Sollmenge verhindern, wenn
zumindest das Befehlssignal für
die Stromzuführungsperiode
korrigiert wird.
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Bei
dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel erfolgt die
Stromzufuhr zu dem Solenoiden in der in 7 veranschaulichten
Weise. Die Stromzufuhr kann jedoch auch in der in 6A veranschaulichten
Weise erfolgen, indem nach dem Spitzenstrom Ip lediglich der erste
Konstantstrom I1 dem Solenoiden zugeführt wird. Außerdem kann
die Stromzufuhr in der in 6B veranschaulichten
Weise erfolgen, indem der erste Konstantstrom I1 und der zweite
Konstantstrom I2 ohne Einbeziehung des Spitzenstroms Ip zugeführt werden.
Bei der Stromversorgung gemäß 6B wird
ein relativ hoher Strom kontinuierlich als der erste Konstantstrom
I1 zugeführt,
woraufhin anschließend
die Zuführung des
zweiten Konstantstroms I2 erfolgt.
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Bei
dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wird die Nadel 2q von
dem Magnetventil 2b indirekt angehoben. Die Erfindung kann
jedoch auch bei einem Injektor Anwendung finden, bei dem die Nadel 2q von
der elektromagnetisch erzeugten Kraft direkt angehoben wird.
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Bei
dem vorstehend beschriebenen Kraftstoffeinspritzsystem mit einem
Kraftstoffinjektor (2a) und einem elektromagnetischen Stellglied
bzw. Aktor (2b) wird somit eine Nadel (2q) des
Kraftstoffinjektors (2a) direkt oder indirekt durch die
von dem Aktor (2b) erzeugte elektromagnetische Kraft zur
Freigabe von Kraftstoffeinspritzöffnungen
(2c) angehoben. Eine Steuereinheit (3) steuert
die Stromzufuhr zu einem Solenoiden des elektromagnetischen Aktors
(2b) derart, dass zunächst
die Zuführung
eines Spitzenstroms (Ip) erfolgt und sodann ein erster Konstantstrom
(I1) und ein zweiter Konstantstrom (I2) aufeinanderfolgend dem Solenoiden
zugeführt
werden. Ein Sollwert für
die Zuführung
des ersten Konstantstroms (I1) wird auf einen maßgeblich unter einer Batteriespannung
liegenden Wert eingestellt, wodurch sich eine ständige Überwachung der Batteriespannung erübrigt.