-
Stand der
Technik
-
Die
Erfindung geht aus von einer Ansteuerungsschaltung für ein Brennstoffeinspritzventil,
insbesondere für
ein Brennstoffeinspritzventil zur Dosierung von flüssigen oder
gasförmigen
Brennstoffen zum Betrieb einer Brennkraftmaschine, nach der Gattung
des Hauptanspruchs.
-
Beispielsweise
ist aus der
DE 198
398 63 A1 ein Brennstoffeinspritzventil bekannt, welches
zwei Magnetspulen aufweist, welche in entgegengesetzter Richtung
gewickelt und in den gleichen Magnetkreis eingebunden sind. Jede
der beiden Spulen ist dabei einerseits mit einer Spannungsversorgung
und andererseits mit einem Schalter verbunden. Ein magnetischer
Haltekreis ist ebenfalls vorgesehen. Das Brennstoffeinspritzventil
wird über
eine Endstufe gesteuert, welche die elektronischen Schalter und
den Haltekreis steuert.
-
Nachteilig
bei dem angegebenen Brennstoffeinspritzventil ist dabei insbesondere,
daß eine
derartige Ansteuerung lediglich der Verbesserung der Ventildynamik
dient, i.e. der Öffnungs-
und Schließzeiten,
das Kaltstartverhalten jedoch nicht verbessert werden kann, da die
zweite Spule auf Dauerbetrieb bei niedrigem Erregerstrom ausgelegt
ist und somit Klebephänomene
beim Kaltstart nicht ausreichend kompensieren kann.
-
Vorteile der
Erfindung
-
Demgegenüber hat
die erfindungsgemäße Ansteuerungsschaltung
für ein
Brennstoffeinspritzventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs
den Vorteil, daß zwei
das Brennstoffeinspritzventil erregende Magnetspulen vorgesehen sind,
deren Wicklungen über
ein gemeinsames Steuergerät
und eine variable Anzahl von Endstufen getrennt ansteuerbar sind.
-
Dadurch
wird eine Erhöhung
der Magnetkraft für
ein verbessertes Kaltstartverhalten der Brennkraftmaschine insbesondere
bei gasbetriebenen Brennkraftmaschinen erzielt, da das Kleben des
Ventilschließkörpers im
Dichtsitz effektiver als durch herkömmliche Ansteuerungsschaltungen überwunden werden
kann.
-
Weitere
vorteilhafte Ausführungsformen
der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
-
Vorteilhafterweise
können
die beiden Magnetspulen einzeln, seriell, parallel oder alternativ
miteinander verschaltet sein.
-
Weiterhin
ist von Vorteil, daß durch
die Verwendung von einfachen Schaltern bzw. Umschaltern zur Zu-,
Ab- oder Umschaltung der Magnetspulen die Anzahl der Endstufen klein
und somit die Kosten in Grenzen gehalten werden können.
-
Zeichnung
-
Ausführungsbeispiele
erfindungsgemäß ausgestalteter
Ansteuerungsschaltungen für
Brennstoffeinspritzventile sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt
und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
-
1 eine
Gesamtansicht eines schematischen Teilschnitts durch ein Ausführungsbeispiel
eines zur Anwendung der erfindungsgemäßen Maßnahmen geeigneten Brennstoffeinspritzventils;
-
2A eine
stark schematisierte Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels
eines Schaltkreises für
ein erfindungsgemäßes Brennstoffeinspritzventil;
-
2B eine
stark schematisierte Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels
eines Schaltkreises für
ein erfindungsgemäßes Brennstoffeinspritzventil;
-
2C eine
stark schematisierte Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels
eines Schaltkreises für
ein erfindungsgemäßes Brennstoffeinspritzventil;
und
-
2D eine
stark schematisierte Darstellung eines vierten Ausführungsbeispiels
eines Schaltkreises für
ein erfindungsgemäßes Brennstoffeinspritzventil.
-
Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
-
Anhand
von 1 wird zunächst
ein Ausführungsbeispiel
eines Zumeßventils 1,
welches zur Anwendung der erfindungsgemäßen Maßnahmen geeignet ist, zum besseren Verständnis der
Erfindung in einer Gesamtdarstellung bezüglich seiner wesentlichen Bestandteile
kurz erläutert.
-
Das
Zumeßventil 1 ist
dabei in dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel
als Brennstoffeinspritzventil 1 für Brennstoffeinspritzanlagen
für fremdgezündete, gemischverdichtende
Brennkraftmaschinen ausgeführt.
Die Erfindung ist jedoch nicht auf Zumeßventile 1 für eine bestimmte
Brennstoffart beschränkt,
sondern für
die Zumessung von flüssigen
und gasförmigen
Brennstoffen geeignet. Das im Ausführungsbeispiel dargestellte
Brennstoffeinspritzventil 1 eignet sich insbesondere zum
Einspritzen von Brennstoff in ein nicht weiter dargestelltes Saugrohr
einer Brennkraftmaschine.
-
Das
Brennstoffeinspritzventil 1 umfaßt einen rohrförmigen Düsenkörper 2,
in welchem ein mit einer Ventilnadel 3 in Wirkverbindung
stehender Anker 4 angeordnet ist. Die Ventilnadel 3 steht
andererseits mit einem Ventilschließkörper 5 in Wirkverbindung, der
mit einer Ventilsitzfläche 6 zu
einem Dichtsitz zusammenwirkt. Bei dem Brennstoffeinspritzventil 1 handelt
es sich um ein elektromagnetisch betätigtes Brennstoffeinspritzventil 1,
welches über
zumindest eine Magnetspule 7, im Ausführungsbeispiel über zwei
Magnetspulen 7a, 7b, verfügt. Die zumindest eine Magnetspule 7 ist
in einem Spulengehäuse 8 gekapselt
und auf einen Spulenträger 9 gewickelt. Die
Funktion der im Ausführungsbeispiel
zwei Magnetspulen 7a, 7b wird weiter unten unter
Bezugnahme auf die 2A bis 2D näher erläutert.
-
Ein
rohrförmiger
Innenpol 10 und ein als Außenpol fungierendes Gehäuse 11 vervollständigen den
Magnetkreis. Die zumindest eine Magnetspule 7 wird über eine
in 1 nicht weiter dargestellte elektrische Leitung
von einem über
einen elektrischen Steckkontakt 12 zuführbaren elektrischen Strom
erregt. Der Steckkontakt 12 kann von einer Kunststoffummantelung 13 umgeben
sein, die als Gehäuse 11 an
einer in den Düsenkörper 2 eingeschobenen
Verlängerungshülse 14 angespritzt
sein kann.
-
Der
Anker 4 ist in der vorliegenden Bauform des Brennstoffeinspritzventils 1 durch
eine Rückstellfeder 15 beaufschlagt,
welche durch eine in den Innenpol 10 eingepreßte Hülse 16 auf
Vorspannung gebracht wird.
-
In
der Verlängerungshülse 14 ist
ein Filterelement 17 angeordnet, durch welchen der über eine zentrale
Brennstoffzufuhr 18 zugeführte Brennstoff gefiltert wird,
ehe er durch die Ventilnadel 3 zum Dichtsitz und durch
zumindest eine Abspritzöffnung 19 abströmt. Das
Brennstoffeinspritzventil 1 ist durch eine Dichtung 20 gegen
eine nicht dargestellte Brennstoffleitung und am Gehäuse 11 durch
eine weitere Dichtung 21 gegen ein nicht weiter dargestelltes
Saugrohr der Brennkraftmaschine abgedichtet.
-
Im
Ruhezustand des Brennstoffeinspritzventils 1 ist der Anker 4 von
der Rückstellfeder 15 entgegen
seiner Hubrichtung so beaufschlagt, daß der Ventilschließkörper 5 an
der Ventilsitzfläche 6 in
dichtender Anlage gehalten wird. Bei Erregung der zumindest einen
Magnetspule 7 baut diese ein Magnetfeld auf, welches den
Anker 4 entgegen der Federkraft der Rückstellfeder 15 in
Hubrichtung bewegt. Der Anker 4 nimmt die Ventilnadel 3 in
Hubrichtung mit. Der Ventilschließkörper 5 hebt von der
Ventilsitzfläche 6 ab
und der flüssige
oder gasförmige
Brennstoff wird aus der Abspritzöffnung 19 zugemessen.
-
Wird
der Spulenstrom abgeschaltet, fällt
der Anker 4 nach genügendem
Abbau des Magnetfeldes durch den Druck der Rückstellfeder 15 vom
Innenpol 10 ab, wodurch sich die Ventilnadel 3 entgegen
der Hubrichtung bewegt. Dadurch setzt der Ventilschließkörper 5 auf
der Ventilsitzfläche 6 auf,
und das Brennstoffeinspritzventil 1 wird geschlossen.
-
In
gasbetriebenen Kraftfahrzeugen werden zur Dosierung des Brenngases
elektromagnetisch betätigbare
Zumeßventile
eingesetzt. Aus Gründen der
Dichtheit müssen
diese Zumeßventile
mit einem Dichtsitz ausgerüstet
sein, welcher anderen Anforderungen genügen muß als in Brennstoffeinspritzventilen,
welche zum Zumessen von flüssigem
Brennstoff verwendet werden. Daher ist der Dichtsitz der Gaszumeßventile
unter Verwendung eines Elastomers gebildet, um den Dichtigkeitsanforderungen
genügen zu
können.
-
Bei
derartigen Zumeßventilen
tritt jedoch bei tiefen Temperaturen das Problem des Klebens auf, wobei
der Ventilschließkörper an
der Ventilsitzfläche klebt,
wenn das Zumeßventil
länger
nicht betätigt wurde.
Bei niedrigen Temperaturen öffnet
das Zumeßventil
dementsprechend bei den ersten Hüben nach
einem Kaltstart der Brennkraftmaschine nicht zuverlässig. Das
anfängliche
Kleben kann durch eine Erhöhung
der Versorgungsspannung für
die Magnetspule des Zumeßventils
und eine resultierende Erhöhung
der Magnetkraft überwunden
werden. Das Zumeßventil
arbeitet dann bereits in den ersten Hüben wieder zuverlässig.
-
Eine
derartige Spannungserhöhung
kann beispielsweise durch die Zuschaltung einer Booster-Endstufe
ermöglicht
werden. Diese ist jedoch erheblich aufwendiger gestaltet und somit
auch erheblich teurer als eine herkömmliche Schaltendstufe.
-
Bei
den nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen der Erfindung
sorgt eine doppelte Magnetspule 7a, 7b, welche
bereits weiter oben in der Beschreibung zu 1 erwähnt wurde,
für eine Erhöhung der
Magnetkraft der Magnetspule 7 des Zumessventils 1.
Zugleich werden verschiedene einfach herstellbare und montierbare
und somit kostengünstige
Schaltungsanordnungen für
Schaltendstufen zur Vermeidung der Kaltstartproblematik angegeben.
-
Die
Erhöhung
der Magnetkraft wird, wie bereits oben beschrieben, durch eine zusätzliche
Magnetspule 7b, welche der ursprünglichen Magnetspule 7a zugeschaltet
wird, erzielt. Da die erhöhte
Magnetkraft nur bei Tieftemperaturstarts für eine sehr begrenzte Zeit
benötigt
wird, kann die zweite Magnetspule 7b thermisch hoch belastet
werden, ohne daß Schädigungen
der Spulen oder der übrigen
Komponenten zu befürchten
sind. Für
die zweite Magnetspule 7b steht eine separate Ansteuerung
zur Verfügung,
welche nur bei Tieftemperaturstartvorgängen in Anspruch genommen wird.
Die separate Ansteuerung kann in das Steuergerät integriert sein oder als separates
Steuergerät
ausgeführt
sein. Im Regelbetrieb bei Warmstartvorgängen und während des normalen Betriebs
der Brennkraftmaschine werden nur die erste Magnetspule 7a sowie
das zugehörige Steuergerät verwendet.
-
Die
Erhöhung
der Magnetkraft kann dabei durch eine Erhöhung des Erregerstroms durch
die Magnetspulen 7a, 7b oder durch eine Erhöhung der Anzahl
der Wicklungen erzielt werden. Das Steuergerät muß jeweils auf die Situation
angepaßt
werden. Auch eine Variante ohne zusätzliche Endstufe, dafür mit einem
einfachen Schalter, kann vorteilhafterweise eingesetzt werden. Die
erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiele
sind dabei jeweils für
ein einzelnes Brennstoffeinspritzventil 1 konzipiert, für eine Ansteuerung
mehrerer Brennstoffeinspritzventile 1 beispielsweise einer
Zylinderbank oder der gesamten Brennkraftmaschine kann die Anordnung
entsprechend modifiziert werden.
-
Die
Wicklungen der Magnetspulen 7a, 7b werden dabei
vorzugsweise auf einen gemeinsamen Spulenträger 9 gewickelt und über ein
gemeinsames Steuergerät 23 einzeln,
parallel, seriell oder alternativ angesteuert. Das Ergebnis ist
dabei jeweils die Erhöhung
der Magnetkraft beim Kaltstart der Brennkraftmaschine.
-
2A zeigt
in einer stark schematisierten Ansicht ein erstes Ausführungsbeispiel
für ein
Schaltbild für
eine erfindungsgemäß ausgebildete
Ansteuerung für
die Magnetspulen 7a, 7b.
-
Im
vorliegenden ersten Ausführungsbeispiel wird
jede der beiden parallel geschalteten Magnetspulen 7a, 7b über eine
eigene Endstufe 22a, 22b geschaltet. Ein Steuergerät 23 kann
dabei so programmiert sein, daß eine
zeitweise Bestromung der zweiten Magnetspule 7b während der
Einspritzphase des Brennstoffeinspritzventils 1, beispielsweise
in der Anzugsphase des Ankers 4 an den Innenpol 10,
erfolgt, während
in der Haltephase, in welcher das Brennstoffeinspritzventil 1 offen
ist und Brennstoff abgespritzt wird, nur die erste Magnetspule 7a bestromt
ist.
-
2B zeigt
in einer stark schematisierten Ansicht ein zweites Ausführungsbeispiel
für ein Schaltbild
für eine
erfindungsgemäß ausgebildete Ansteuerung
für die
Magnetspulen 7a, 7b.
-
2B zeigt
ein besonders einfaches Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäß ausgebildeten
Schaltung, in welcher die Magnetspulen 7a und 7b seriell
zueinander geschaltet und über
eine Endstufe 22 gesteuert werden. In dieser Anordnung
ist es durch einen Schalter 24 möglich, die zweite Magnetspule 7b zu überbrücken. Durch Öffnen des
Schalters 24 wird die zweite Magnetspule 7b bestromt
und zieht den gleichen Erregerstrom wie die erste Magnetspule 7a.
Die Ansteuerung des Schalters 24 erfolgt über die
einzelne Endstufe 22.
-
2C zeigt
in einer stark schematisierten Ansicht ein drittes Ausführungsbeispiel
für ein
Schaltbild für
eine erfindungsgemäß ausgebildete
Ansteuerung für
die Magnetspulen 7a, 7b.
-
Im
dritten Ausführungsbeispiel
liegen ebenfalls eine einzelne Endstufe 22 und ein Schalter 24 vor,
die Magnetspulen 7a und 7b sind jedoch im Gegensatz
zum in 2B dargestellten Ausführungsbeispiel
parallel geschaltet.
-
2D zeigt
in einer stark schematisierten Ansicht ein viertes Ausführungsbeispiel
für ein Schaltbild
für eine
erfindungsgemäß ausgebildete Ansteuerung
für die
Magnetspulen 7a, 7b.
-
Im
vierten Ausführungsbeispiel
ist ein Umschalter 25 vorgesehen, der in Verbindung mit
einer einzelnen Endstufe 22 die alternative Ansteuerung der
Magnetspulen 7a und 7b ermöglicht. Der Erregerstrom kann
dabei für
beide Magnetspulen 7a und 7b unterschiedlich stark
ausfallen, so daß wiederum das
Kaltstartverhalten verbessert werden kann.
-
Insgesamt
kann durch die Ansteuerung mittels einer der vorstehend beschriebenen
Ansteuerschaltungen ein sicheres Schalten des Brennstoffeinspritzventils 1 bei
tiefen Temperaturen und Kaltstartvorgängen vor allem bei Zumeßventilen
für gasbetriebene
Brennkraftmaschinen mit klebeanfälligen Elastomerdichtsitzen
ohne weitere Veränderungen an
funktionellen Teilen des Brennstoffeinspritzventils 1 erzielt
werden. Thermische Probleme durch die Erwärmung der Magnetspulen 7a, 7b durch
hohe Erregerströme
sind nahezu ausgeschlossen, da die zweite Magnetspule 7b ausschließlich auf
einen kurzzeitigen Betrieb bei tiefen Temperaturen ausgelegt ist und
bei steigenden Temperaturen nicht mehr benötigt wird.
-
Die
Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern
auch für andere
Bauweisen von Brennstoffeinspritzventilen 1 bzw. allgemeinen
Zumeßventilen
geeignet. Alle Merkmale der Erfindung sind beliebig miteinander kombinierbar.