DE102008042265A1

DE102008042265A1 - Verfahren zum Betreiben eines Einspritzventils

Info

Publication number: DE102008042265A1
Application number: DE200810042265
Authority: DE
Inventors: Andreas Fath; Marco Beier
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2008-09-22
Filing date: 2008-09-22
Publication date: 2010-04-08
Also published as: WO2010031642A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Einspritzventils, bei dem einer Spule des Einspritzventils während eines Einspritzvorgangs Strom mit einem Stromprofil (8), das eine Anzahl Phasen umfasst, bereitgestellt wird, bei dem bei einem Heißbetrieb des Einspritzventils während jeweils eines Einspritzvorgangs der Spule eine minimale elektrische Energie zugeführt wird, und bei dem bei einem Kaltstartbetrieb des Einspritzventils mindestens ein Betriebsparameter mindestens einer Phase vergrößert und der Spule eine erhöhte elektrische Energie bereitgestellt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Einspritzventils, eine Anordnung zum Betreiben eines Einspritzventils, ein Computerprogramm und ein Computerprogrammprodukt.
Stand der Technik
Der beim Betrieb eines Motors zu verbrennende Kraftstoff, wie bspw. Diesel, ist bei tiefen Temperaturen zähflüssig. Falls der Motor eines Fahrzeugs in einem kalten Zustand zu starten ist, kann es aufgrund der Zähflüssigkeit des Kraftstoffs zu Problemen kommen.
Die Druckschrift 101 36 049 A1 betrifft ein Verfahren zur Erwärmung von Kraftstoff in einem eine oder mehrere Magnetspulen enthaltenden Kraftstoffinjektor und den Magnetspulen jeweils zugeordnete Ansteuer-Endstufen. Hierbei erfolgt während der Dauer der Kaltstartphase das Ansteuern der Endstufen mit einem eine Bestromung der Magnetspulen auslösenden Ansteuersignal, das Signalanteile zur Erzeugung von Aufwärmphasen der Magnetspule enthält.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Einspritzventils, bei dem einer Spule des Einspritzventils während eines Einspritzvorgangs Strom mit einem Stromprofil, das eine Anzahl Phasen umfasst, bereitgestellt wird, bei dem bei einem Heißbetrieb des Einspritzventils während jeweils eines Einspritzvorgangs der Spule eine minimale elektrische Energie zugeführt wird, und bei dem bei einem Kaltstartbetrieb des Einspritzventils mindestens ein Betriebsparameter mindestens einer Phase vergrößert und der Spule eine erhöhte elektrische Energie bereitgestellt wird.
Im Heiß- bzw. Warmbetrieb weist das Stromprofil üblicherweise drei Phasen auf, wobei jede Phase durch eine Länge eines Zeitintervalls und eine Höhe eines Stroms als Betriebsparameter charakterisiert ist. Das Stromprofil umfasst in der Regel eine Boosterphase, bei der während eines Boosterzeitintervalls ein Boosterstrom bereitgestellt wird, eine Anzugsphase, bei der während eines Anzugszeitintervalls ein Anzugsstrom bereitgestellt wird, und eine Haltephase, bei der während eines Haltezeitintervalls ein Haltestrom bereitgestellt wird.
In einer möglichen Variante des Verfahrens wird beim Kaltstartbetrieb der Haltestrom, der dem Einspritzventil während einer Haltephase zugeführt wird, erhöht und somit zu der beim Heißbetrieb bereitgestellten minimalen elektrischen Energie zusätzlich elektrische Energie bereitgestellt.
In einer weiteren Variante des Verfahrens wird ein Anzugszeitintervall, in dem dem Einspritzventil bei einer Anzugsphase ein Anzugsstrom zugeführt wird, verlängert. Dabei kann das Anzugsintervall derart verlängert werden, dass nur der Anzugsstrom aber kein Haltestrom fließt und somit die Haltephase entfällt. Auch somit wird der Spule und dem Einspritzventil zusätzliche elektrische Energie zugeführt.
Ob nun ein Heißbetrieb oder Kaltstartbetrieb durchgeführt wird, hängt von der Temperatur des Kraftstoffs ab. Falls die Temperatur des Kraftstoffs geringer als eine Grenztemperatur ist, so dass eine Viskosität des Kraftstoffs für den Heißbetrieb zu hoch ist, wird der Kaltstartbetrieb durchgeführt. Das Verfahren kann bspw. in Abhängigkeit der Kühlwassertemperatur des Motors, der das zu betreibende Einspritzventil umfasst, durchgeführt werden. In der Regel kann die Temperatur des Kraftstoffs und/oder des Einspritzventils sensorisch erfasst werden. Das Verfahren kann dann durchgeführt werden, wenn eine gemessene Temperatur derart gering ist, dass eine sich dadurch ergebende Zähflüssigkeit des Kraftstoffs keinen regulären Heißstart im Heißbetrieb zulässt.
In Ausgestaltung wird der zusätzliche Strom zur Erzeugung des Stromprofils im Kaltstartbetrieb parallel mit der Aktivierung der Glühfunktion der Glühkerze gestartet.
Bei dem Verfahren zum Betreiben eines Einspritzventils, d. h. eines Magnet- oder Piezoventils, wird beim Starten des Motors im Kaltstartbetrieb der Kraftstoff im Bereich des Einspritzventils erwärmt, wobei durch das Einspritzventil bspw. ein erhöhter Strom geleitet wird. Dadurch ergibt sich eine Erhöhung der Magnetkraft zur Beaufschlagung des Einspritzventils, wobei das Einspritzventil und somit auch der Kraftstoff, bspw. Diesel, erwärmt wird.
Sobald der Kraftstoff eine ausreichende Temperatur erreicht hat, kann das Einspritzventil wieder mit dem Standardstrom nach dem Stromprofil im Heißbetrieb betrieben werden.
Die Erfindung betrifft auch eine Anordnung zum Betreiben eines Einspritzventils, bei dem einer Spule des Einspritzventils während eines Einspritzvorgangs Strom mit einem Stromprofil, das eine Anzahl Phasen umfasst, bereitgestellt wird, bei dem bei einem Heißbetrieb des Einspritzventils während jeweils eines Einspritzvorgangs der Spule eine minimale elektrische Energie zugeführt wird, wobei die Anordnung dazu ausgebildet ist, bei einem Kaltstartbetrieb mindestens einen Betriebsparameter mindestens einer Phase zu vergrößern und der Spule eine erhöhte elektrische Energie bereitzustellen. Diese erhöhte elektrische Energie kann dazu genutzt werden, die Spule zusätzlich zu erwärmen und/oder die Kraft des in der Spule induzierten Magnetfelds zu erhöhen.
Die Anordnung kann mindestens einen Temperatursensor aufweisen, der dazu ausgebildet ist, eine Temperatur des Einspritzventils, des Kraftstoffs und/oder des Kühlwassers des Motors zu erfassen. Außerdem kann die Anordnung mindestens eine Stromquelle aufweisen, die dazu ausgebildet ist, das beschriebene Stromprofil bereitzustellen. In Ausgestaltung kann die Anordnung dazu ausgebildet sein, mit dem mindestens einen Temperatursensor bzw. Thermometer und/oder der mindestens einen Stromquelle zusammen zu wirken.
Bei dem sog. Heiß- bzw. Warmbetrieb des Einspritzventils wird nach derzeitigem Standard ein funktionsoptimiertes Stromprofil verwendet, durch das beim Öffnen des Einspritzventils möglichst wenig Energie benötigt wird. Dies bedeutet, dass hierbei nur ein möglichst geringer Strom verwendet wird, so dass das Einspritzventil eine hohe Schließgeschwindigkeit aufweist. In der Regel ist die Schließgeschwindigkeit umso geringer, je höher der fließende Strom ist. In Ausgestaltungen gelten für die Betriebsparameter nachfolgende Zusammenhänge. Dabei gilt für den Anzugsstrom (I_Anzug): I_Anzug ≤ minimale Batteriespannung (bei 100% Funktionsfähigkeit)/Widerstand_System (heiß)
Demnach ist der Anzugsstrom (I_Anzug) im Heißbetrieb kleiner gleich als ein Quotient der minimalen Batteriespannung bei 100%iger Funktionsfähigkeit und dem Widerstand des Systems im Heißbetrieb. Für die Kraft gilt: F(I_Anzug) > Öffnungskraft
Demzufolge ist eine durch den Anzugsstrom erzeugte Kraft zum Öffnen des Einspritzventils größer als die typischerweise aufzubringende Öffnungskraft des Einspritzventils. Für den Haltestrom gilt: I_Haltestrom ≤ minimale Batteriespannung (Heißstart)/Widerstand_System (heiß)
Somit ist der Haltestrom (I_Haltestrom) kleiner gleich der minimalen Batteriespannung im Heißstart geteilt durch den Widerstand des Systems beim Heiß- bzw. Warmbetrieb. Für die Kraft gilt: F(I_Haltestrom) > Schließkraft
Zum Offenhalten des Einspritzventils ist der Haltestrom weiterhin derart zu wählen, dass eine durch diesen Haltestrom erzeugte Kraft F(I_Haltestrom) größer als die Schließkraft des Einspritzventils ist. Für das Anzugszeitintervall gilt: t_Anzugsstrom = optimiert auf Funktion und Energieverbrauch
Das Anzugszeitintervall (t_Anzugsstrom) bzw. die Dauer der Anzugsphase ist auf die Funktion, nach der üblicherweise ein zügiges schnelles Öffnen des Einspritzventils bei geringem Energieverbrauch umzusetzen ist, optimiert. Für das minimale Haltezeitintervall gilt: t_min_Haltestrom = mindestens n·Abfallszeit von Anzugsstrom auf Haltestrom (n ~ 2)
Das minimale Haltezeitintervall (t_min_Haltestrom), bei dem während der Haltephase der Haltestrom bereitgestellt wird, entspricht dem n-fachen der Abfallszeit des Stromprofils ausgehend vom Niveau des Anzugsstroms auf das Niveau des Haltestroms. In der Regel weist n einen Wert von ungefähr 2 auf. In diesem Fall entspricht die minimale Dauer des Haltezeitintervalls dem Doppelten der Abfallszeit von dem Niveau des Anzugsstroms auf das Niveau des Haltestroms.
Bei einer ersten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt eine Anhebung des Niveaus des Haltestroms. Somit ergibt sich beim Betrieb des Einspritzventils ein typischerweise maximaler Energieverlust, so dass der Kraftstoff innerhalb des Einspritzventils und/oder im Umfeld des Einspritzventils erwärmt werden kann. Hierzu gelten für die Betriebsparameter nachfolgende Zusammenhänge. Für den Haltestrom ist hierbei vorgesehen: I_Haltestrom ≤ minimale Batteriespannung (Kaltstart)/Widerstand_System (Kaltstart)
Somit ist bei dieser ersten Variante der Haltestrom kleiner gleich den Quotienten der minimalen Batteriespannung im Kaltstart und dem Widerstand des Systems, das zumindest das Einspritzventil umfasst, im Kaltstart. Für die Kraft gilt: F(I_Haltestrom) > Schließkraft
Wie im Heißbetrieb gilt, dass die durch den Haltestrom erzeugte Kraft größer als die Schließkraft des Einspritzventils ist. In der Regel wird das Niveau des Haltestroms (I_Haltestrom) bei Umsetzung der ersten Variante möglichst hoch gewählt.
Alternativ oder ergänzend kann eine Verlängerung der Anzugsstromdauer vorgesehen sein, wobei nachfolgende Zusammenhänge der Betriebsparameter zu berücksichtigen sind. Auch hier wird ein in der Regel maximaler Energieverlust zum Erwärmen von Kraftstoff im Umfeld des Einspritzventils erreicht. Dabei ist für den Anzugsstrom vorgesehen: I_Anzug ≤ minimale Batteriespannung (bei Kaltstart)/Widerstand_System (Kaltstart)
Somit ist bei dieser Variante zum Betreiben des Einspritzventils im Kaltstartbetrieb vorgesehen, dass ein Niveau des Anzugsstroms kleiner gleich dem Wert der minimalen Batteriespannung beim Kaltstart geteilt durch einen Widerstand des Systems beim Kaltstart ist. Für die Kraft gilt: F(I_Anzug) > Öffnungskraft
Weiterhin ist das Niveau des Anzugsstroms derart zu wählen, dass eine durch den Anzugsstrom erzeugte Kraft größer als die Öffnungskraft des Einspritzventils ist.
Somit ist in dieser Variante des Verfahrens vorgesehen, dass das Anzugszeitintervall und somit eine Dauer des Anzugsstroms möglichst lange gewählt wird. Da eine gesamte Dauer der Phasen des Stromprofils unabhängig davon, ob nun ein Heißstart oder ein Kaltstart durchgeführt wird, konstant ist, bedeutet dies, dass das Haltezeitintervall (t_Haltestrom) bei Verlängerung des Anzugszeitintervalls (t_Anzugsstrom) verkürzt wird. In einem Extremfall kann vorgesehen sein, dass die Haltephase zur Bereitstellung des Haltestroms im Kaltstartbetrieb auch vollständig entfällt, wenn das Anzugszeitintervall entsprechend verlängert wird. Somit umfasst das Stromniveau in einer derartigen Ausgestaltung lediglich zwei Phasen, wobei auf die Boosterphase lediglich die Anzugsphase folgt, während der dem Einspritzventil der Anzugsstrom mit einem Niveau, das oberhalb dem des Haltestroms liegt, bereitgestellt wird.
Diese beiden genannten Varianten sind sehr einfach zu applizieren. Eine thermische Belastung des Einspritzventils ist aufgrund der niedrigen Temperaturen, die beim Kaltstart herrschen, und der typischerweise kurzen Laufzeit, während der der Kaltstartbetrieb durchgeführt wird, unkritisch.
Üblicherweise bestimmt die Beweglichkeit des Einspritz- oder Schaltventils das Kaltstartverhalten des Injektors. Diese Beweglichkeit ist direkt mit der Kraft des Magneten verknüpft. Die Kraft wird u. a. durch die Stromstärke beeinflusst. Falls die Stromstärke erhöht wird, erhöht sich die Magnetkraft und desto leichter bewegt sich der Anker des Einspritzventils durch den im kalten Zustand hoch viskosen Kraftstoff. Parallel wird durch das Bestromen des Aktors des Einspritzventils Wärme freigesetzt. Diese Wärme wird an den umgebenden Kraftstoff weitergeleitet und erwähnt diesen, was wiederum dessen Viskosität reduziert, so dass sich das Einspritz- bzw. Schaltventil leichter bewegen kann und sich das Einspritzverhalten des Injektors annähernd wie beim Heißbetrieb im Normalzustand des Einspritzventils verhält.
Zur Erzeugung des Magnetfelds zum Betreiben des Einspritzventils weist das Einspritzventil die Spule auf, mit der durch den Strom, der gemäß dem Stromprofil durch die Spule fließt, das Magnetfeld induziert wird. Außerdem weist die Spule einen elektrischen Widerstand auf. Um beim Heißbetrieb möglichst wenig Energie zu verschwenden, werden die maximalen Stromwerte des Stromprofils derart gewählt, dass die Spule durch den Strom nicht oder lediglich in vernachlässigbarer Weise erwärmt wird. Beim Kaltstartbetrieb dagegen wird durch Modifikation mindestens eines Betriebsparameters, d. h. durch Erhöhung mindestens eines Niveaus eines fließenden Strom oder durch Verlängerung mindestens einer Phase des Stromprofils die Spule aufgrund ihres elektrischen Widerstands erwärmt.
Es ist bspw. möglich, eine Funktion zur Realisierung der Erfindung mit der Glühfunktion der Glühkerze zu aktivieren. Eine Bedingung zur Durchführung der Funktion kann an die Kühlwassertemperatur gekoppelt und von einem Wert der Kühlwassertemperatur abhängig sein. Weiterhin kann die Funktion nach einer gewissen Anzahl von Einspritzungen nach dem Kaltstart wieder deaktiviert werden.
Das Einspritzventil wird regelmäßig im Niederdruckbereich des Injektors bewegt. Die Beweglichkeit des Schaltventils bestimmt das Kaltstartverhalten des Injektors. Die Beweglichkeit ist typischerweise mit der Viskosität und dem freien Luft-/Gasgehalt im Kraftstoff direkt verknüpft. Diese Betriebsparameter werden u. a. durch die Kraftstofftemperatur beeinflusst. Durch das im Rahmen der Erfindung vorgesehene Bestromen des Aktors wird Wärme freigesetzt. Diese Wärme wird an den umgebenden Kraftstoff weiter geleitet und erwärmt diesen, was wiederum dessen Viskosität reduziert, so dass sich das Schaltventil leichter bewegen lässt. Dabei ergibt sich, dass nur der Niederdruckbereich des Injektors in der unmittelbaren Umgebung zu der Spule bzw. zum Magneten beheizt wird. Damit wird das Heizvolumen extrem klein und die benötigte Heizenergie gering gehalten, wodurch auch die benötigte Heizdauer im Kaltstartbetrieb reduziert wird.
Die Funktion kann zeitgleich mit der Glühkerzenfunktion gestartet werden, sobald bspw. mit der Fernbedienung die Fahrzeugtür geöffnet und dabei die Glühkerze aktiviert wird. Da die Viskosität des Kraftstoffs temperaturabhängig ist, kann bereits eine Erhöhung der Temperatur um wenige Kelvin ausreichen, um die Injektorfunktion maßgeblich zu verbessern. Somit kann diese Funktion bereits nach wenigen Sekunden Betriebsdauer im Kaltstartbetrieb zu einer erheblichen Verbesserung der Injektorfunktion führen.
Das Stromprofil kann in einer Ausgestaltung durch Zuführen eines zusätzlichen Stroms variiert werden. Dabei kann eine ergänzende Konstantbestromung des Aktors derart erfolgen, dass z. B. die über die Strömstärke eingestellte Energie so niedrig gehalten wird, dass die Magnetkraft kleiner der Federkraft gewählt wird, die das Schaltventil geschlossen hält. Außerdem ist der ergänzende Einsatz von sogenannten ”blank shots” denkbar, wobei der Strom gemäß einem ergänzenden Stromprofil, das kurzzeitige rechteckige Profile umfasst, zugeführt wird. Hier ist die zum dem herkömmlichen Stromprofil ergänzende Bestromungsdauer so kurz gewählt, dass zwar das Einspritzventil geöffnet wird, die Düsennadel des Einspritzventils jedoch noch nicht abhebt und durch den Injektor keine Einspritzung erfolgt.
Bei einer Ausführung der Erfindung ergibt sich zudem, dass durch Anhebung der Stromstärken während einer Phase des Einspritzvorgangs die Magnetkraft erhöht wird. In Ausgestaltung kann die Zeitdauer des Anzugsstromniveau verlängert bzw. die Haltephase zur Bereitstellung des Haltestroms entfallen und das Einspritzventil durchgehend auf dem Niveau des Anzugsstroms bestromt werden. Mittels der erhöhten Stromstärke steigt die Magnetkraft und gleichzeitig wird auch mehr Wärme frei gesetzt. Dies ermöglicht dem Anker des Einspritzventils, sich leichter durch den hoch viskosen Kraftstoff zu bewegen. Diese Funktion kann an die Kühlwassertemperatur gekoppelt werden. Sobald das Kühlwasser eine Grenztemperatur des Kraftstoffs erreicht hat, können die Betriebs- und somit Stromparameter des Stromprofils wieder auf den Standard im Heißbetrieb reduziert werden.
Durch das Verfahren kann die Düse des Einspritzventils schneller geöffnet und geschlossen werden, so dass die Drosselung reduziert wird. Somit ergibt sich, dass der Kraftstoff besser aufbereitet (zerstäubt) wird, Schadstoff-Emissionen können dadurch verringert werden. In der vorliegenden Erfindung wird der Kraftstoff im Bereich des Magnet- bzw. Piezoventils erwärmt, um die Bewegung bzw. Dynamik des Ventils zu erhöhen, damit dieses sich schnell genug öffnet und schließt, so dass auch mit kaltem Kraftstoff eine zielgerichtete Einspritzung erfolgen kann. Sobald die erste reguläre Einspritzung im Heißbetrieb erfolgen kann bzw. spätestens sobald der Motor gestartet ist, wird durch die Entspannung des Kraftstoffs das Einspritzventil bzw. der Injektor sehr schnell und effektiv erhitzt.
Weiterhin kann in Ausgestaltung vorgesehen sein, dass das beschriebene Verfahren in der Regel während einer kurzen Zeitspanne vor der ersten regulären Einspritzung bis zum Motorstart durchgeführt wird. Der Motor springt dadurch wesentlich besser an und erzeugt somit auch weniger Probleme als bei einem herkömmlichen Kaltstart. Dabei ergibt sich u. a. dass der Injektor besser funktioniert und den Kraftstoff in dem hierfür theoretisch vorgesehenen Zeitfenster nach dem Stromprofil im Heißbetrieb einspritzt. Weiterhin können Einspritz- und Verbrennungsqualität und sowie die Emissionswerte verbessert werden. Bei Umsetzung des Verfahrens im Kaltstartbetrieb wird durch die Zuführung zusätzlicher elektrischer Energie in das Einspritzventil Verlustenergie bereitgestellt, die zum Erwärmen des Einspritzventils genutzt wird.
Die beschriebene Anordnung ist dazu ausgebildet, sämtliche Schritte des vorgestellten Verfahrens durchzuführen. Dabei können einzelne Schritte dieses Verfahrens auch von einzelnen Komponenten der Anordnung durchgeführt werden. Weiterhin können Funktionen der Anordnung oder Funktionen von einzelnen Komponenten der Anordnung als Schritte des Verfahrens umgesetzt werden.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Computerprogramm mit Programmcodemitteln, um alle Schritte eines beschriebenen Verfahrens durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder einer entsprechenden Recheneinheit, insbesondere in einer erfindungsgemäßen Anordnung, ausgeführt wird.
Das erfindungsgemäße Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln, die auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert sind, ist zum Durchführen aller Schritte eines beschriebenen Verfahrens ausgebildet, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder einer entsprechenden Recheneinheit, insbesondere in einer erfindungsgemäßen Anordnung, ausgeführt wird.
Mit der Erfindung kann der Temperaturbereich für den Einsatz der Injektoren für Dieselmotoren weiter ausgedehnt werden. Dies gilt für den Bereich der tiefen Temperaturen, so dass ein Kaltstart zumindest in einem Bereich von –25°C bis –30°C vorgenommen werden kann. Allerdings können Kaltstarts auch bei –40°C erfolgreich durchgeführt werden.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt in schematischer Darstellung ein Diagramm mit einem Stromprofil, das bei einem Heißbetrieb des Einspritzventils verwendet wird.
2 zeigt in schematischer Darstellung ein Diagramm einer ersten Variante eines Stromprofils, das bei einem Kaltstartbetrieb verwendet wird.
3 zeigt in schematischer Darstellung eine zweite Variante eines Stromprofils, das bei einem Kaltstartbetrieb zur Anwendung kommt.
4 zeigt in schematischer Darstellung ein Diagramm zu einem Ankerhub des Einspritzventils bei unterschiedlichen Betriebsbedingungen.
5 zeigt in schematischer Darstellung eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung zur Durchführung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Ausführungsformen der Erfindung
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben.
Die Figuren werden zusammenhängend und übergreifend beschrieben, gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Komponenten.
Die in den 1, 2 und 3 gezeigten Diagramme umfassen jeweils eine vertikal orientierte Achse 2, entlang der ein Wert einer Stromstärke über einer horizontal orientierten Achse 4 für die Zeit aufgetragen ist.
In dem Diagramm aus 1 ist ein Stromprofil 6 zur Durchführung eines herkömmlichen Heißbetriebs eines Einspritzventils dargestellt. Das Diagramm aus 2 zeigt eine erste Variante eines Stromprofils 8, das bei einer ersten Variante zur Durchführung eines Kaltstartbetriebs des Einspritzventils verwendet wird. Das Diagramm aus 3 zeigt eine zweite Variante eines Stromprofils 10, das bei einer zweiten Variante zur Umsetzung eines Kaltstartbetriebs verwendet wird.
Alle drei hier vorgestellten Stromprofile 6, 8, 10 weisen dieselbe Dauer auf und sind in drei Phasen unterteilt, nämlich u. a. eine sogenannte Boosterphase 12, für die vorgesehen ist, dass während eines Boosterzeitintervalls 14 ein Boosterstrom bereitgestellt wird. Es ist für alle drei Stromprofile 6, 8, 10 vorgesehen, dass diese in den anhand der 1 bis 3 beschriebenen Ausführungsformen identisch lange Boosterzeitintervalle aufweisen, während denen einer Spule des Einspritzventils identische Ströme bereitgestellt werden.
Außerdem umfasst jedes Stromprofil 6, 8, 10 eine auf die Boosterphase folgende Anzugsphase 16, 18. Hierbei weisen die Boosterphasen 16 der Stromprofile aus den Diagrammen der 1 und 2 ein standardisiertes Anzugszeitintervall 20 auf. Das Stromprofil 10 aus dem Diagramm aus 3 weist im Vergleich zu den beiden Stromprofilen 6, 8 aus den Diagrammen der beiden 1 und 2 ein verlängertes Anzugszeitintervall 22 auf. Die Stromprofile 6, 8, 10 weisen während der jeweiligen Anzugsphasen 16, 18 Anzugsströme mit weitgehend identischen Stromniveaus auf.
Außerdem umfasst jedes Stromprofil 6, 8, 10 eine Haltephase 24, 26. Dabei weisen die Stromprofile 6, 8 aus den Diagrammen der beiden 1 und 2 Haltephasen 24 mit standardisierten Haltezeitintervallen 28 auf. Das dritte Stromprofil 10 aus dem Diagramm aus 3 weist im Unterschied hierzu nur eine verkürzte Haltephase 26 mit einem verkürzten Haltezeitintervall 30 auf.
Für das erste Stromprofil 6 aus dem Diagramm aus 1, das zur Durchführung des Heißbetriebs geeignet ist, weist der Haltestrom in der Haltephase 24 ein standardisiertes Niveau 32 auf. Im Unterschied hierzu weist der Haltestrom des Stromprofils 8 aus dem Diagramm aus 2 ein im Vergleich zu dem standardisierten Niveau 32 ein erhöhtes Niveau 36 auf. Bei dem Stromprofil 10 aus dem Diagramm aus 3 ist vorgesehen, dass der Haltestrom während der verkürzten Haltephase 26 weitgehend das standardisierte Niveau 32 aufweist.
Bei einer Umsetzung einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben eines Einspritzventils, wird einer Spule des Einspritzventils während eines Einspritzvorgangs Strom gemäß einem der in den Diagrammen aus den 1, 2 und 3 vorgestellten Profile 6, 8, 10 bereitgestellt. Während des Heißbetriebs wird durch das in dem Diagramm aus 1 dargestellte Stromprofil 6 der Spule des Einspritzventils eine minimale elektrische Energie zugeführt.
Im Unterschied hierzu wird bei dem Kaltstartbetrieb, wie durch die modifizierten Stromprofile 8, 6 aus den Diagrammen aus 2 und 3 dargestellt ist, mindestens ein Betriebsparameter, d. h. ein Niveau bzw. eine Höhe des Stroms oder eine Länge eines Intervalls einer Phase vergrößert. Durch eine derartige Vergrößerung des mindestens einen Betriebsparameters wird der Spule des Einspritzventils während des Kaltstartbetriebs eine im Vergleich zum Heißbetrieb erhöhte elektrische Energie bereitgestellt. Bei einer ersten Variante zur Umsetzung des Kaltstartbetriebs wird, wie das Stromprofil 8 aus dem Diagramm aus 2 zeigt, das Niveau das während der Haltephase bereitgestellten Stroms im Vergleich zu der Höhe des Niveaus 32 im Heißbetrieb erhöht. Bei der zweiten Variante zur Realisierung des Kaltstartbetriebs wird, wie das Stromprofil aus dem Diagramm aus 3 zeigt, die Länge der Anzugsphase 18 verlängert, wobei gleichzeitig die Haltephase 26 verkürzt wird.
Das Diagramm aus 4 umfasst eine vertikal orientierte Achse 40, entlang der über einer horizontal orientierten Achse 42 für die Zeit ein Wert für einen Ankerhub des Einspritzventils während eines Einspritzvorgangs aufgetragen ist. Dabei erreicht eine erste Ankerhubkurve 44, die bei einem Heißbetrieb des Einspritzventils bei Anlegen eines standardisierten Stromprofils erzeugt wird, ein maximales Niveau 46. Falls sich jedoch der Kraftstoff, bspw. Diesel, in einem kalten Zustand befindet, wird während eines Einspritzvorgangs lediglich die zweite Ankerhubkurve 48 erzeugt, die jedoch nicht das maximale Niveau 46 erreicht, so dass das Einspritzventil nicht vollständig und somit ordnungsgemäß geöffnet werden kann.
Je geringer die Temperatur des Kraftstoffs ist, desto höher viskos bzw. zähflüssiger wird dieser. Außerdem ergibt sich, dass kalter Kraftstoff typischerweise bei geringeren Temperaturen mehr Gas, typischerweise Luft, löst, so dass bei niedrigen Temperaturen der frei vorliegende Gasanteil verringert ist. Während dem Heiß- bzw. Normalbetrieb liegt immer ein Zweiphasengemisch aus Kraftstoff und Gas vor, das wiederum die Viskosität und das Elastizitätsmodul des Kraftstoffs beeinflusst. Daraus ergibt sich, dass bei niedrigeren Temperaturen sich die Bauteile oder Komponenten des Einspritzventils auf Grund einer erhöhten Viskosität in dem Kraftstoff schwieriger bewegen können. Daraus folgt, dass der Öffnungsvorgang während eines Einspritzvorgangs des Einspritzventils stark verzögert wird. Dies kann für geringe Einspritzmengen des Kraftstoffs bedeuten, dass das Einspritzventil ballistisch betrieben wird, da der Ankerhub des Einspritzventils wie 4 zeigt, das obere Niveau 46 bzw. den oberen Anschlag nicht erreicht. Demnach kann zwar das Einspritzventil geöffnet werden. Da jedoch der Hub des Ankers gering ist, kann eine Drosselung derart stark ausfallen, dass ein Einspritzen des Kraftstoffs durch den Injektor des Einspritzventils nicht erfolgt. Weiterhin kann der Schließprozess des Einspritzventils ebenfalls stark verzögert werden, so dass sich der Einspritzvorgang insgesamt stark verzerren kann.
5 zeigt in schematischer Darstellung eine Anordnung 50, die zum Betreiben eines Einspritzventils 52, das zum Einspritzen von Kraftstoff in einem Motor eines Fahrzeugs ausgebildet ist. Diese Anordnung 50 umfasst ein Steuergerät 54 sowie eine Stromquelle 56, die mit einer Spule 58 des Einspritzventils 52 verbunden ist.
Zum Betreiben des Einspritzventils 52 ist vorgesehen, dass durch die Spule 58 ein von der Stromquelle 56 bereitgestellter Strom fließt. Während eines Heißbetriebs des Motors, wird während eines Einspritzvorgangs der Spule 58 das im Diagramm aus 1 beispielhaft gezeigte Stromprofil 6 bereitgestellt. Dadurch wird während dieses Heißbetriebs bewirkt, dass durch den durch die Spule 58 fließenden Strom ein Magnetfeld induziert wird, durch das wiederum ein Anker des Einspritzventils 52 derart bewegt wird, dass Kraftstoff auf dem Einspritzventil 52 in eine Brennkammer eingespritzt wird.
Außerdem umfasst das Einspritzventil 52 einen Temperatursensor 60, der mit dem Steuergerät 54 verbunden ist. Aufgrund eines Werts der Temperatur, der dem Steuergerät 54 ausgehend von dem Temperatursensor 60 bereitgestellt wird, kann beurteilt werden, welche Temperatur für das Einspritzventil und somit den Kraftstoff vorliegt. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Temperatursensor zum Messen der Temperatur des Kühlwassers ausgebildet, so dass die Temperatur des Kraftstoffs und/oder Einspritzventils indirekt gemessen wird. Falls die Temperatur des Kraftstoffs derart gering ist, dass dieser zur Durchführung eines herkömmlichen Heißbetriebs eine zu hohe Viskosität aufweist, wird für das Einspritzventil 52 ein Kaltstartbetrieb durchgeführt. Hierbei wird die Stromquelle 56 durch das Steuergerät 52 derart gesteuert, dass der Spule 58 ein Strom gemäß einem der Stromprofile 8, 10, die zur Durchführung des Kaltstartbetriebs geeignet sind, aus den 2 oder 3 bereitgestellt wird. Folglich wird der Spule zusätzliche elektrische Energie zugeführt, die aufgrund des elektrischen Widerstands der Spule 58 zu einer Erwärmung führt.

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Einspritzventils (52), bei dem einer Spule (58) des Einspritzventils (52), während eines Einspritzvorgangs Strom mit einem Stromprofil (6, 8, 10), das eine Anzahl Phasen umfasst, bereitgestellt wird, bei dem bei einem Heißbetrieb des Einspritzventils (52), während jeweils eines Einspritzvorgangs der Spule (58) eine minimale elektrische Energie zugeführt wird, und bei dem bei einem Kaltstartbetrieb des Einspritzventils (52) mindestens ein Betriebsparameter mindestens einer Phase vergrößert und der Spule (52) eine erhöhte elektrische Energie bereitgestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem ein Haltestrom, der dem Einspritzventil (52) während einer Haltephase (24, 26) zugeführt wird, erhöht wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem ein Anzugszeitintervall (20, 22), während der dem Einspritzventil (52) bei einer Anzugsphase (16, 18) ein Anzugsstrom zugeführt wird, verlängert wird.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, das in Abhängigkeit der Kühlwassertemperatur eines Motors, der das zu betreibende Einspritzventil (52) umfasst, durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem der Strom zur Erzeugung des Stromprofils (6, 8, 10) im Kaltstartbetrieb zeitgleich mit einer Glühkerze aktiviert wird.
Anordnung zum Betreiben eines Einspritzventils (52), bei dem einer Spule (58) des Einspritzventils (52) während eines Einspritzvorgangs Strom mit einem Stromprofil (6, 8, 10), das eine Anzahl Phasen umfasst, bereitgestellt wird, bei dem bei einem Heißbetrieb des Einspritzventils (52) während jeweils eines Einspritzvorgangs der Spule (58) eine minimale elektrische Energie zugeführt wird, wobei die Anordnung (50) dazu ausgebildet ist, bei einem Kaltstartbetrieb mindestens einen Betriebsparameter mindestens einer Phase zu vergrößern und der Spule (58) eine erhöhte elektrische Energie bereitzustellen.
Anordnung nach Anspruch 6, die mindestens einen Temperatursensor (60) aufweist, der dazu ausgebildet ist, eine Temperatur des Einspritzventils (52) zu erfassen.
Anordnung nach Anspruch 6 oder 7, die mindestens eine Stromquelle (56) aufweist, die dazu ausgebildet ist, das Stromprofil (6, 8, 10) bereitzustellen.
Computerprogramm mit Programmcodemitteln, um alle Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5 durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder einer entsprechenden Recheneinheit, insbesondere in einer Anordnung (50) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, ausgeführt wird.
Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln, die auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert sind, um alle Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5 durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder einer entsprechenden Recheneinheit, insbesondere in einer Anordnung (50) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, ausgeführt wird.