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Die
Erfindung betrifft einen Einzelspeicher für eine Hochdruckkomponente
einer Hochdruckführung für Kraftstoff eines Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystems,
wobei der Einzelspeicher mit einer Druckmesseinrichtung versehen
ist und das Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystem mit einer Hochdruckquelle
und einem an dieser über die Hochdruckführung
fluidverbunden angeschlossenen Injektor für Kraftstoff
zur Injektion des Kraftstoffs in einen Arbeitsraum einer Brennkraftmaschine
versehen ist. Die Erfindung betrifft auch eine Hochdruckkomponente
einer Hochdruckführung für Kraftstoff eines Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystems
mit einem solchen Einzelspeicher. Weiter betrifft die Erfindung ein
Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystem mit einer Hochdruckquelle
und einem an dieser über eine Hochdruckführung
fluidverbunden angeschlossenen Injektor für Kraftstoff
zur Injektion des Kraftstoffs in einen Arbeitsraum einer Brennkraftmaschine,
wobei die Hochdruckführung eine vorgenannte Hochdruckkomponente
und/oder Einzelspeicher mit einer Druckmesseinrichtung aufweist.
Weiter betrifft die Erfindung eine Brennkraftmaschine mit einem
Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystem und einer elektronischen Einrichtung
zur Steuerung und/oder Regelung einer Brennkraftmaschine. Weiter
betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Steuerung und/oder Regelung
einer Brennkraft maschine mit einem Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystem
der vorgenannten Art, mittels einer elektronischen Einrichtung,
wobei während eines Messintervals ein Druck des Einzelspeichers
erfasst und gespeichert wird und eine signifikante Änderung
des Drucks als Einspritzbeginn oder Einspritzende für die
Steuerung interpretiert wird.
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Bei
einer Brennkraftmaschine bestimmen der Spritzbeginn und das Spritzende
maßgeblich die Güte der Verbrennung und die Zusammensetzung des
Abgases. Um die gesetzlichen Grenzwerte einzuhalten, werden diese
beiden Kenngrößen üblicherweise von einer
elektronischen Einrichtung geregelt. In der Praxis tritt bei einer
Brennkraftmaschine mit einem Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystem
das Problem auf, dass zwischen dem Bestromungsbeginn des Injektors,
dem Nadelhub des Injektors und dem tatsächlichen Spritzbeginn
ein zeitlicher Versatz besteht. Für das Spritzende gilt
entsprechendes. Eine Ungenauigkeit in der Regelung des Spritzbeginns
und des Spritzendes führt letztendlich zu einer Ungenauigkeit
betreffend die der Brennkraftmaschine zugeführten Kraftstoffmenge.
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Zur
Behebung dieser Problematik ist in
DE 3 118 425 C2 eine Einrichtung zum Erfassen
der den Brennräumen eines Dieselmotors zugeführten
Kraftstoffmenge mit einem Drucksensor vorgeschlagen worden, wobei über
Schwellwerte des Gradienten des vom Sensor gemessenen Drucks auf
den Beginn und das Ende des Einspritzvorgangs eines Pumpenelements
geschlossen wird. Dazu wird vorgeschlagen, den Drucksensor in der
Kraftstoffleitung oder möglichst nahe der Einspritzdüse
oder am Pumpenelement anzuordnen. Dazu wird erläutert für
möglichst zeitexakte Messergebnisse den Drucksensor möglichst
nahe der Einspritzdüse anzubringen, wobei auch erkannt
wird, dass bei dieser Einbaustelle Messverfälschungen im
Drucksensor-Signal aufgrund von Druckschwingungen in der Kraftstoffleitung
auftreten. Gemäß
DE 3 118 425 C2 ergibt sich für
die eingespritzte Kraftstoffmenge das beste Messergebnis, wenn der
Druckverlauf am Pumpenelement abgefragt wird, da man bei dieser
Messstelle dann die Kraftstoffförderung und nicht zu sehr
die Kraftstoffzumessung am Einspritzventil erfasst. Problematisch
dabei ist jedoch, dass eine beispielsweise durch Förderfrequenz
einer Hochdruckpumpe und/oder der Einspritzfrequenz eines Injektors
gekennzeichnete Störgröße einen gemessenen
Druckverlauf überlagert. Eine Kenngröße
zur Steuerung der Einspritzung kann aus dem gemessenen Druckverlauf
nur unter Filterung bzw. Gradientenbildung desselben gemäß
DE 3 118 425 C2 gewonnen
werden, was jedoch einen deutlich zeitlichen Versatz gegenüber
dem gemessenen Rohsignal bewirkt und zu unsachgemäßen
Verfälschungen in der Kenngröße führen
kann.
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In
DE 10 2005 053 683
A1 ist ein Kraftstoffeinspritzsystem mit einer Kraftstoffhochdruckquelle und
wenigstens einem Injektor zur Kraftstoffeinspritzung in einen Brennraum
einer Brennkraftmaschine beschrieben, wobei die Kraftstoffhochdruckquelle und
eine Einspritzöffnung des Injektors über einen kraftstoffführenden
Hochdruckkanal miteinander verbunden sind. Zur Fehlervermeidung
betreffend die Bestimmung eines tatsächlichen Einspritzbeginns und
eines tatsächlichen Einspritzendes wird dort vorgeschlagen
einen Dehnungssensor an einem Körper, in dem der Hochdruckkanal
ausgebildet ist anzuordnen und damit die durch den Druck im Hochdruckkanal
bewirkte elastische Formänderung des Körpers zu
bestimmen. Dazu kann der Dehnungssensor an die Hochdruckleitung,
vorteilhaft möglichst nahe am Injektor angebracht sein.
Es kann aber auch vorgesehen sein, dass der Dehnungssensor auf dem
Injektor selbst und hier vorzugsweise auf der Düse angebracht
ist, die Teil des Injektors ist. Allerdings ist beim Injektor – wie
in
DE 10 2005
053 683 A1 beschrieben – das Verhältnis
von Rohrinnendurchmesser und der Wandstärke sehr viel ungünstiger
als in der Hochdruckleitung, sodass das zu erwartende Signal des Dehnungssensors
am Injektor gering und damit die Auswertung entsprechend schwierig
ist. Außerdem ist aus konstruktiven Gründen das
Anbringen eines Dehnungssensors gemäß
DE 10 2005 053 683
A1 aufgrund der Bauraumbegrenzung am Injektor selbst schwierig.
Darüber hinaus ist auch bei der dort offenbarten Lösung
die Störgrößenproblematik nur unter Filterung
des Messsignals zu vermeiden; dies wiederum unter deutlichen zeitlichen
Versatz des Messsignals gegenüber dem Rohsignal.
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Die
zuvor genannten Lösungen sind zudem ausschließlich
beschrieben worden für Kraftstoffeinspritzsysteme ohne
Einzelspeicher. Dagegen ist von der Anmelderin erkannt worden, bei
einem Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystem mit Einzelspeicher den
Druck direkt im Einzelspeicher über eine in
DE 10 2006 034 515 B3 beschriebene
Druckmesseinrichtung zu erfassen. Dazu kann die Druckmesseinrichtung
beispielsweise im Verschlussstopfen des Einzelspeichers angeordnet
werden. Die Druckmesseinrichtung weist dazu eine erste Kammer auf,
welche über eine Drosselblende mit dem Innenraum des Einzelspeichers
verbunden ist und eine Messzelle auf zur Detektion eines ersten
Druckniveaus in der ersten Kammer sowie zur Detektion des Einzelspeicherdruckniveaus
im Innerraum des Einzelspeichers.
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DE 10 2006 034 515
B3 gibt einen Lösungsansatz der eingangsgenannten
Art an, der grundsätzlich überlegen gegenüber
anderen Konzepten ist, und dennoch verbesserungswürdig.
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Ein
vorteilhaftes Verfahren zur Auswertung eines Einzelspeicherdrucks
ist beispielsweise von der Anmelderin in
DE 10 344 181 A1 vorgeschlagen worden.
Dabei wird ein Verfahren der eingangsgenannten Art verwendet, um
in Abhängigkeit des Einspritzendes über eine mathematische
Funktion einen virtuellen Einspritzbeginn zu berechnen.
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Wünschenswert
wäre eine den Einfluss von Störgrößen
bei Druckmessungen weitgehend vermeidende Lösung durch
Druckbestimmung an einem Einzelspeicher bei einem Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystem,
die eine möglichst einfache und dennoch genaue Messung
des Einzelspeicherdrucks erlaubt.
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An
dieser Stelle setzt die Erfindung an, deren Aufgabe es ist, eine
Vorrichtung und ein Verfahren der eingangsgenannten Art anzugeben,
mit denen eine Störgrößen weitgehend
vermeidende Einzelspeicherdruckmessung mit verbesserter Genauigkeit und
auf möglichst einfache Art und Weise möglich ist.
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Betreffend
die Vorrichtung wird die Aufgabe mittels eines Einzelspeichers der
eingangsgenannten Art gelöst, bei dem erfindungsgemäß vorgesehen ist,
dass die Druckmesseinrichtung in Form eines Dehnungssensors gebildet
ist.
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Die
Erfindung führt auf eine Hochdruckkomponente einer Hochdruckführung
für Kraftstoff eines Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystems
mit einem solchen Einzelspeicher, wobei erfindungsgemäß vorgesehen
ist, dass die Hochdruckkomponente zum Anschluss an eine Hochdruckleitung
außerhalb des Injektors oder zur Integration in einer Hochdruckleitung
außerhalb des Injektors ausgebildet ist oder die Hochdruckkomponente
in Form eines Injektors ausgebildet ist.
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Die
Erfindung führt auf ein Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystem
der eingangsgenannten Art, bei dem erfindungsgemäß die
Druckmesseinrichtung in Form eines Dehnungssensors gebildet ist.
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Die
Erfindung führt auf eine Brennkraftmaschine mit einem erfindungsgemäßen
Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystem und einer elektronischen Einrichtung
zur Steuerung und/oder Regelung der Brennkraftmaschine, die erfindungsgemäß zur
Verarbeitung einer Messgröße eines Dehnungssensors
für den Druck des Einzelspeichers ausgelegt ist, der mit
einem Signal-Ausgang des Dehnungssensors-Signal verbunden ist.
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Die
Erfindung führt auf eine elektronische Einrichtung zur
Steuerung und/oder Regelung einer Brennkraftmaschine, die erfindungsgemäß zur
Verarbeitung einer Messgröße eines Dehnungssensors
für den Druck des Einzelspeichers ausgelegt ist. Insbesondere
weist die elektronische Einrichtung einen Signal-Eingang auf, der
zur Signalverbindung mit einem Signal-Ausgang des Dehnungssensors
ausgelegt ist.
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Die
Erfindung geht von der Überlegung aus, dass aus dem Stand
der Technik bekannte Systeme ohne Einzelspeicher immer mit der grundsätzlichen Problematik
von Störgrößeneinflüssen, oder
bei Korrektur derselben, mit einem zeitlichen Versatz in der korrigierten
Kenngröße zuzurechnen haben. Zu dem ist bei solchen
Systemen eine vergleichsweise ungenaue Messung an einer Hochdruckleitung
einer Messung am Injektor zu bevorzugen aufgrund der schwierigen
Mess- und Bauraumsituation am Injektor, wie dies eingangs erläutert
ist. Die Erfindung hat dem gegenüber erkannt, dass sich
eine Druckmessung direkt am Einzelspeicher in vorteilhafter Weise dazu
eignet, nicht nur eine möglichst genaue Druckmessung zur
Verfügung zu stellen, sondern darüber hinaus auch
die im Stand der Technik bekannte Problematik des Störgrößeneinflusses
zu vermeiden. Darüber hinaus hat die Erfindung erkannt,
dass bei Verwendung eines Dehnungssensors zur Druckmessung unmittelbar
am Einzelspeicher die sonst üblichen Probleme einer Druckmessung
direkt am Injektor vermieden werden und eine Druckmessung vergleichsweise
einfach realisiert werden kann. So hat die Erfindung in überraschend überzeugender
Weise realisiert, dass das zu erwartende Signal eines Dehnungssensors
direkt am Einzelspeicher aufgrund des am Einzelspeicher zur Verfügung
stehenden größeren Volumens durchaus in einen
günstigen Bereich fällt.
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Das
Konzept einer Einzelspeicherdruckmessung mit einem Dehnungssensor
führt wie von der Erfindung erkannt zu einem Einzelspeicherdruckmesssignal,
welches direkt proportional zum tatsächlichen Druckeinbruch
im Einzelspeicher ist und aus dem sich die Kenngrößen
der Einspritzung – Spritzbeginn, Spritzdauer und Spritzende – unmittelbar, das
heißt insbesondere ohne weitere Filterung oder Gradientenbildung,
bestimmen lassen.
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Dementsprechend
führt das Konzept der Erfindung auch auf ein Verfahren
der eingangsgenannten Art, bei dem mittels einer elektronischen
Einrichtung während eines Messintervalls ein Druck des Einzelspeichers
erfasst und gespeichert wird und eine signifikante Änderung
des Drucks als Einspritzbeginn oder Einspritzende für die
Steuerung interpretiert wird. Erfindungsgemäß ist
dem Konzept der Erfindung folgend vorgesehen, dass der Druck des
Einzelspeichers über einen Drucksensor in Form des Dehnungssensors
am Einzelspeicher gemessen wird. Das Verfahren lässt sich
darüberhinaus grundsätzlich wie in
DE 10 344 181 A1 beschrieben
durchführen und auswerten, wobei hinsichtlich der detailierten
Verfahrensausführung im Einzelnen auf die Offenbarung der
DE 10 344 181 A1 verwiesen
wird, deren Offenbarung hiermit durch Zitat in den Offenbarungsgehalt
der vorliegenden Anmeldung aufgenommen ist.
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Insgesamt
führt das Konzept der Erfindung vorteilhaft auch dazu,
dass ein Einzelspeicherdrucksignal, welches mit einem Dehnungssensor
aufgenommen ist eindeutig dem jeweiligen Injektor und dem jeweiligen
Zylinder zuzuordnen ist, da auf dem Drucksignal des Einzelspeichers
keine Störfrequenzen anderer Zylinder vorliegen beziehungsweise wenn,
in vernachlässigbarem Umfang liegen. Dies hat unter anderen
zur Folge, dass eine Filterung und/oder Kalibrierung des Messsignals
gemäß dem Konzept der Erfindung weitgehend überflüssig
wird, da das Messsignal unabhängig von der Zylinderzahl und
Zündfolge an der Brennkraftmaschine ist. In besonders vorteilhafter
Weise gegenüber bisher bekannten Messverfahren hat das
Konzept der Erfindung ausgenutzt, dass ein Druckeinbruch im Einzelspeicher üblicherweise
um einen Faktor von bis zu fünf höher ist als
bei einer Druckmessung außerhalb eines Einzelspeichers,
das heißt ein Signal/Rausch-Abstand und damit eine Messgenauigkeit
ist beim vorgeschlagenen Konzept erheblich höher als im
Stand der Technik. Eine darüberhinaus in Stand der Technik
bemängelte Bauraumrestriktion ist beim vorliegenden Konzept
deutlich abgeschwächt, da im Einzelspeicher mehr Platz
vorhanden ist als zum Beispiel an einer Injektorspitze oder dergleichen.
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Hinsichtlich
des Verfahrens gemäß dem Konzept der Erfindung
ist das in
DE 10 344
181 A1 im Detail beschriebene Verfahren nur eine von weiteren
Möglichkeiten zur Implementierung des hier beschriebenen
Konzepts. Je nach Bedarf können verwendungsspezifisch geeignete
Vorgehensweisen zur Druckbestimmung gewählt werden, wobei
wie vom Konzept der Erfindung vorgeschlagen für die Druckbestimmung
eine Einzelspeicherdruckbestimmung über einen Dehnungssensor
heranzuziehen ist.
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Zusätzliche
Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen
zu entnehmen und geben im einzelnen vorteilhafte Möglichkeiten
an, dass oben erläuterte Konzept im Rahmen der Aufgabenstellung,
sowie hinsichtlich weiterer Vorteile zu realisieren.
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Im
Rahmen einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Hochdruckkomponente
ist dem Einzelspeicher ein hydraulischer Widerstand unmittelbar
vorgeschaltet zur Integration in die Hochdruckführung.
Durch einen dem Einzelspeicher und in aufwärtiger Kraftstoffflussrichtung
vorgeschalteten hydraulischen Widerstand lässt sich eine
hydraulische Entkopplung des Einzelspeichers gegenüber
dem restlichen System verbessern. Dazu kann gegebenenfalls auch – zusätzlich
oder alternativ – ein dem Einzelspeicher nach in abwärtiger
Kraftstoffflussrichtung nachgeordneter hydraulischer Widerstand
dienen. Es kann also auch ein hydraulischer Widerstand dem Einzelspeicher
vorgeordnet und ein weiterer hydraulischer Widerstand dem Einzelspeicher
nachgeordnet sein. Mit anderen Worten, der Einzelspeicher lässt
sich je nach Bedarf in Kombination mit einer vorgeordneten und/oder
nachgeordneten hydraulischen Drossel im Rahmen einer Hochdruckkomponente realisieren.
Die so weiter gebildete Hochdruckkomponente gemäß dem
Konzept der Erfindung lässt sich damit nicht nur in optimierter
Weise auf die übrige Hochdruckführung abstimmen,
sondern darüberhinaus lässt sich eine Rückkopplung
von hydraulischen Störgrößen, wie aus
dem Stand der Technik bekannte störende Druckfrequenzen,
auf den Einzelspeicher dämpfen beziehungsweise unterbinden.
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Mit
Vorteil versehen ist auch die Ausgestaltung des Dehnungssensors
in Form eines Dehnungsmessstreifens. Zur genauen Wirkungsweise und
Funktionsweise eines Dehnungsmessstreifens sei dazu beispielhaft
auf die Detailbeschreibung der
DE 10 2005 053 683 A1 hingewiesen. Ein Dehnungsmessstreifen
lässt sich vergleichsweise einfach realisieren und bauraumsparend
am Einzelspeicher unterbringen. Aus dem Stand der Technik bekannte Nachteile
betreffend eine Druckmessung durch einen Dehnungssensor, insbesondere
Dehnungsmessstreifen, am Injektor sind bei Einsatz an einem Einzelspeicher
gemäß dem Konzept der Erfindung vorteilhaft vermieden.
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Zusätzliche
Weiterbildungen des Konzepts der Erfindung betreffen die Ausbildung
und Anordnung des Einzelspeichers. Der Dehnungssensor wird vorteilhaft
auf der Außenseite einer Wandung des Einzelspeichers angeordnet.
Die Wandung kann dazu zur Erhöhung der Messgenauigkeit
des Dehnungssensors mit einem entsprechenden Wandungsmaß im
Vergleich zu einem Volumenmaß des Volumens des Einzelspeichers
versehen sein.
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In
vorteilhafterweise mündet ein Hochdruckanschluss der Hochdruckführung
direkt in den Einzelspeicher. Dies hat Vorteile hinsichtlich der
Kraftstoffführung aber auch hinsichtlich der Messgenauigkeit
der Druckmessung am Einzelspeicher.
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Der
Einzelspeicher selbst ist vorteilhaft dadurch gebildet, dass ein
quer zu einer axialen Führungsrichtung des Kraftstoffs
bestimmter Durchmesser des Einzelspeichers größer
ausgeführt ist als ein quer zu einer axialen Führungsrichtung
des Kraftstoffs bestimmter Querdurchmesser der Hochdruckkomponente
vor dem Einzelspeicher. Insbesondere zeichnet sich ein Einzelspeicher
dadurch aus, dass er einen größeren Querdurchmesser
aufweist als die übrige Kraftstoffhochdruckführung.
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Zur
Ausbildung eines hydraulischen Widerstands vor und/oder nachgeordnet
zum Einzelspeicher ist es vorteilhaft, dass ein Verlauf des Durchmessers
der Hochdruckkomponente entlang einer axialen Führungsrichtung
des Kraftstoffs vor dem Einzelspeicher und/oder nach dem Einzelspeicher eine
Taille aufweist. Dadurch lässt sich auf besonders einfache
Weise eine hydraulische Drossel realisieren, die bei Bedarf durch
weitere Elemente und/oder Ausgestaltung der Kraftstoffführung
ergänzt werden kann.
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Zur
Weiterbildung eines Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystems ist dazu
insbesondere vorgesehen, dass die Hochdruckführung vor
dem Einzelspeicher einen hydraulischen Widerstand aufweist, welcher
größer als ein hydraulischer Widerstand der Hochdruckführung
nach dem Ausgang der Hochdruckquelle ist. Zwar ist üblicherweise
im Stand der Technik vorgesehen, den hydraulischen Widerstand des
Einzelspeichers und der Zulaufleitung von der Hochdruckquelle möglichst
gering zu halten, um eine umgehende und ungehinderte Einspritzung
zu erreichen jedoch lässt sich dies gemäß vorliegender
Weiterbildung ebenfalls erreichen und zudem ohne Rückkopplung
von Störgrößen auf das Volumen im Einzelspeicher.
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Weiter
mit Vorteil versehen ist ein Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystem,
bei dem in der Hochdruckführung nur der Einzelspeicher
mit einer Druckmesseinrichtung, insbesondere in Form des Dehnungssensors,
versehen ist. Es hat sich gezeigt, dass die Anbringung eines Dehnungssensors
nur am Einzelspeicher ausreichend sein kann, um eine geeignete Kraftstoffzuführung
in einen Arbeitsraum einer Brennkraftmaschine zu bemessen. Gegebenenfalls
ist es vorteilhaft darüberhinaus die Hochdruckquelle – d.
h. insbesondere den Rail beziehungsweise den Hochdruckspeicher – mit
einem Drucksensor, insbesondere einem weiteren Dehnungssensor, vorteilhaft
in Form eines weiteren Dehnungsmessstreifens, zu versehen. Den Hochdruckspeicher
ist vorteilhaft eine Hochdruckpumpe vorgeordnet. Eine Druckmessung
an der Hochdruckquelle zusammen mit einer Druckmessung am Einzelspeicher
erweist sich gemäß dieser Weiterbildung als besonders geeignet
zur vollständigen einfachen und störungsfreien
genauen Charakterisierung der Kraftstoffeinspritzung zum Zwecke
der Steuerung derselben für eine Brennkraftmaschine.
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Entsprechend
kann im Rahmen einer Weiterbildung betreffend das Verfahren der
am Einzelspeicher gemessene Druck zusätzlich oder alternativ
zu einem an der Hochdruckquelle gemessenen Druck der Steuerung zur
Verfügung gestellt werden. Im Falle, dass der Druck der
Hochdruckquelle zusätzlich zu einem Druck am Einzelspeicher
gemessen wird hat es sich als vorteilhaft erwiesen, den am Einzelspeicher
gemessenen Druck im Rahmen des Verfahrens zur Plausibilitätsprüfung
für den an der Hochdruckquelle gemessenen Druck zu nutzen.
Insbesondere ist dazu ein Verfahrensschritt vorgesehen, bei dem durch
Vergleich eines am Einzelspeicher gemessenen Drucks und an der Hochdruckquelle
gemessenen Drucks eine Plausibilitätsprüfung auf
Richtigkeit des an der Hochdruckquelle gemessenen Drucks erfolgt.
Dadurch können Störgrößen-Einwirkungen
auf ein an der Hochdruckquelle gemessenes Drucksignal eliminiert
werden. Für den Fall, dass eine Druckmessung an der Hochdruckquelle
aufgrund eines Fehlers oder einer sonstigen Störung ausfallen
sollte ist es im Rahmen einer Weiterbildung des Verfahrens mit Vorteil
versehen möglich, die Messung des Drucks am Einzelspeicher
statt der Messung des Drucks der Hochdruckquelle der Steuerung zur
Verfügung zu stellen. Grundsätzlich kann im Rahmen
einer Weiterbildung des Verfahrens eine Einzelspeicherdruckmessung
gemäß dem Konzept der Erfindung über
einen Drucksensor, vorzugsweise in Form des Dehnungssensors, in
vielfältiger Weise zur Steuerung und/oder Regelung der
Brennkraftmaschine genutzt werden. Insbesondere ist im Rahmen des Verfahrens
vorgesehen, die Einzelspeicherdruckmessung zur Steuerung und/oder
Regelung des Ablaufs einer Haupteinspritzung zu nutzen. Zusätzlich oder
alternativ kann eine Einzelspeicherdruckmessung auch zum Ablauf
einer Voreinspritzung und/oder Nacheinspritzung genutzt werden.
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Eine
Initiierung und Anfangseinstellungen der Steuerung kann im Rahmen
einer Weiterbildung des Verfahrens dadurch erfolgen, dass eine Druckmessgröße
für den Druck des Einzelspeichers als Signalausgang beim
Dehnungssensor bereitgestellt wird. Eine erste Druckmessgröße
wird vor dem Start der Brennkraftmaschine ermittelt. Eine zweite
Druckmessgröße wird in einem statischen Zustand
der Brennkraftmaschine ermittelt und eine dritte Druckmessgröße
wird in Bezug zur ersten und/oder zweiten Messgröße
gesetzt.
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Die
erste Druckmessgröße kann dabei zum Einlesen eines
Spannungspegels des Dehnungssensors, insbesondere Dehnungsmessstreifens,
genutzt werden – also praktisch zur Bestimmung eines Nullspannung-Signalzustandes.
Die zweite Druckmessgröße lässt sich
praktisch einer für den Druck in der Hochdruckquelle maßgeblichen
Druckmessgröße zuordnen, da im statischen Zustand
ein Einzelspeicherdruck im Wesentlichen dem Druck in der Hochdruckquelle
entsprechen sollte. Jede weitere dritte Druckmessgröße – zum
Beispiel beim Öffnen des Injektors ein Druckeinbruch am
Einzelspeicher – kann in Bezug zur ersten und/oder zweiten
Druckmessgröße gesetzt werden. Dadurch kann der
Druckverlauf am Einzelspeicher vergleichsweise genau und einfach
direkt bestimmt und der Steuerung zur Verfügung gestellt
werden.
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Darüber
hinaus kann das Verfahren mit Vorteil als Eingangsgrößen
zur Steuerung und/oder Regelung der Brennkraftmaschine einen Einzelspeicherdruck
und gegebenenfalls einen Hochdruckquellendruck sowie insbesondere
weitere Eingangsgrößen nutzen. Beispielsweise
können weitere Eingangsgrößen gebildet
sein durch ein Drehzahlsignal für die Brennkraftmaschine,
weitere Einzelspeicherdrucksignale für andere Einzelspeicher
der weiteren Zylinder sowie gegebenenfalls weitere Eingangsignale
aus der Peripherie der Brennkraftmaschine, wie beispielsweise Signale
für den Ladeluftdruck eines Turboladers und die Temperaturen
der Kühl und/oder Schmiermittel des Kraftstoffs.
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Darüberhinaus
kann mit Vorteil das Verfahren zur Steuerung und/oder Regelung einer
Brennkraftmaschine Ausgangsgrößen verschiedener
Art aufweisen. Dazu zählt insbesondere eine Ausgangsgröße
zur Ansteuerung einer der Hochdruckpumpe vorgeschalteten Saugdrossel,
einen Signal zur Ansteuerung der Anzahl von Injektoren, dort insbesondere
Spritzbeginn und Spritzende. Darüberhinaus können
weitere Ausgangsgrößen die Peripherie der Brennkraftmaschine
betreffen, wie zum Beispiel Stellsignale zur Steuerung und/oder
Regelung beispielsweise eines Abgasrückführventils.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden nun nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben.
Diese soll die Ausführungsbeispiele nicht notwendigerweise
maßstäblich darstellen, vielmehr ist die Zeichnung,
wo zur Erläuterung dienlich, in schematisierter und/oder
leicht verzerrter Form ausgeführt. Im Hinblick auf Ergänzungen
der aus der Zeichnung unmittelbar erkennbaren Lehren wird auf den einschlägigen
Stand der Technik verwiesen. Dabei ist zu berücksichtigen,
dass vielfältige Modifikationen und Änderungen
betreffend die Form und das Detail einer Ausführungsform
vorgenommen werden können, ohne von der allgemeinen Idee
der Erfindung abzuweichen. Die in der Beschrei bung, in der Zeichnung
sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung
können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination
für die Weiterbildung der Erfindung wesentlich sein. Zudem
fallen in den Rahmen der Erfindung alle Kombinationen aus zumindest zwei
der in der Beschreibung, der Zeichnung und/oder den Ansprüchen
offenbarten Merkmale. Die allgemeine Idee der Erfindung ist nicht
beschränkt auf die exakte Form oder das Detail der im Folgenden
gezeigten und beschriebenen bevorzugten Ausführungsform
oder beschränkt auf einen Gegenstand, der eingeschränkt
wäre im Vergleich zu dem in den Ansprüchen beanspruchten
Gegenstand. Bei angegebenen Bemessungsbereichen sollen auch innerhalb
der genannten Grenzen liegende Werte als Grenzwerte offenbart und
beliebig einsetzbar und beanspruchbar sein. Weitere Vorteile, Merkmale
und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele sowie
anhand der Zeichnung. Diese zeigt in:
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1:
eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine mit einem
Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystem und einer Hochdruckkomponente
mit einem Einzelspeicher gemäß einer besonders bevorzugten
Ausführungsform;
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2:
eine besonders bevorzugte konstruktive Realisierung eines Einzelspeichers,
der beispielsweise bei der Ausführungsform der 1,
eingesetzt werden kann im Rahmen einer Integration im Injektor;
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3:
eine schematische Darstellung einer Hochdruckkomponente in Form
eines Einzelspeichers mit einer Druckmesseinrichtung in Form eines Dehnungssensors
gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform.
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1 zeigt
eine Brennkraftmaschine 1 mit einem Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystem 15, welches
dazu ausgelegt ist, über eine Niederdruckpumpe 3,
einem Kraftstofftank 2 entnommenen Kraftstoff, einem Arbeitsraum
der Brennkraftmaschine 1 zu injizieren. Das Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystem 15 – im
folgenden Common-Rail-System 15 – ist vorliegend
mit einer elektronischen Einrichtung 9 zur Steuerung und/oder
Regelung einer Brennkraftmaschine 1 versehen, welche Einrichtung
im folgenden als elektronisches Steuergerät 9 bezeichnet
ist. Weiter weist das Common-Rail-Sytem 15 auch gemäß dem
Konzept der Erfindung eine Hochdruckkomponente 14 mit einem
Einzelspeicher 10 auf, der zum Zwischenspeichern des Kraftstoffs
vor dem Einspritzen durch den Injektor 8 ausgelegt ist.
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Im
Einzelnen umfasst das Common-Railsystem 15 folgende mechanische
Komponenten: die Niederdruckpumpe 3 zur Kraftstoffförderung
aus dem Kraftstofftank 2, eine Saugdrossel 4 zur
Festlegung eines Volumenstroms des Kraftstoffs, eine Hochdruckpumpe 5 zur
Förderung des Kraftstoffs unter Druckerhöhung
in eine unter Hochdruck stehende Hochdruckquelle 6 im folgenden
Rail 6. Zudem sind eine für die Zylinder angepasste
Anzahl von Injektoren 8 jeweils zum Einspritzen des Kraftstoffs
in einen Arbeitsraum, vorliegend Brennraum, der Brennkraftmaschine 1 vorgesehen.
Davon ist ein Injektor 8 symbolisch für die Anzahl
von Injektoren als Teil einer für die Anzahl von Hochdruckkomponenten
symbolisch gezeigten Hochdruckkomponente 14 gezeigt. Vorliegend
ist der Einzelspeicher 10 im Injektor 8 integriert. Dies
kann grundsätzlich auf unterschiedliche Weise geschehen
und wird im Einzelnen weiter unten in Bezug auf diese 1 und
die weitere 2 erläutert.
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Ebenso
kann – in einer hier nicht dargestellten Ausführungsform – ein
Einzelspeicher, zusätzlich oder alternativ, als separates
Puffervolumen in der Hochdruckkomponente 14 außerhalb
des Injektors 8 integriert sein, beispielsweise in der
Zulaufleitung 13 vom Rail 6 zum Injektor 8.
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Das
Common-Rail-System 15 mit Einzelspeichern 10 unterscheidet
sich von einem Common-Rail-System ohne Einzelspeicher dahin, dass der
einzuspritzende Kraftstoff aus dem Einzelspeicher 10 entnommen
wird. Während der Einspritzpause fließt gerade
so viel Kraftstoff aus dem Rail 6 in den Einzelspeicher 10 nach,
dass bei Spritzbeginn der Einzelspeicher 10 wieder vollständig
gefüllt ist, wodurch dann der Druck im Einzelspeicher 10 so hoch
wie der Druck pCR im Rail 6 ist.
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Der
hydraulische Widerstand des Einzelspeichers 10 und der
Zulaufleitung 13 vom Rail 6 zum Injektor 8 sind
aufeinander abgestimmt, indem vorliegend die Zulaufleitung 13 vom
Rail zum Einzelspeicher 10 im Injektor 8 einen
vergleichsweise hohen hydraulischen Widerstand 16 besitzt.
Der hydraulische Widerstand 16 der Hochdruckkomponente 14 ist
gegenüber einem Verlauf des Durchmessers der Zulaufleitung 13 der
Hochdruckkomponente entlang einer axialen Führungsrichtung
des Kraftstoffes vor dem Einzelspeicher 10 derart gebildet,
dass dieser eine Taille aufweist. Der hydraulische Widerstand 16 der
Hochdruckkomponente 14 stellt also praktisch eine dem Einzelspeicher 10 unmittelbar vorgeordnet Drossel
dar. Mit anderen Worten weist die Hochdruckführung vor
dem Einzelspeicher 10 einen hydraulischen Widerstand 16 auf,
welche größer als ein hydraulischer Widerstand
unmittelbar nach dem Ausgang des Rail 6 ist. Bei einem
bekannten Common-Railsystem ohne Einzelspeicher, welches hier nicht
dargestellt ist, ist üblicherweise hingegen der hydraulische
Widerstand zwischen einem Rail und Injektor möglichst gering
gehalten, sodass eine möglichst umgehende und ungehinderte
Einspritzung erreicht werden kann. Vorliegend wird jedoch durch den
dem Einzelspeicher 10 unmittelbar vorgeschalteten hydraulischen
Widerstand 16 der Hochdruckkomponente 14 erreicht,
dass eine Rückkopplung von Störfrequenzen vom
Rail 6 in den Einzelspeicher 10 gedämpft
wird.
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Vorliegend
in 1 erstreckt sich der Einzelspeicher 10 in
einen der Injektorspitze 17 gegenüberliegendes
distales Ende 18 des Injektors 8. Ein Hochdruckanschluss 19 der
Hochdruckführung mündet direkt in den Einzelspeicher 10.
Im vorliegenden Fall der 1 bildet ein Volumen des Einzelspeichers 10 zusammen
mit einem Volumen des Hochdruckanschlusses 19 der Hochdruckführung
an den Einzelspeicher 10 einen in etwa L-förmigen
Querschnitt.
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In
einer abgewandelten Form ist eine mit gleichen Bezugszeichen versehene
Hochdruckkomponente 14 in 2 gezeigt.
Die abgewandelte Hochdruckkomponente 14 weist ebenfalls
einen Injektor 8 mit einem integrierten Einzelspeicher 10 und einem
diesem unmittelbar vorgeordneten symbolisch dargestellten hydraulischen
Widerstand 16 in der Hochdruckleitung 13 auf.
Der Hochdruckanschluss 19 mündet mit seinem Hochdruckkanal 20 direkt
in den Einzelspeicher 10. Bei der abgewandelten Ausführungsform
der 2 ist der Einzelspeicher 10 in einem
von der Injektorspitze beabstandeten Körper 21 des
Injektors 8 angeordnet, wobei der Körper 21 von
der Injektorspitze 17 als auch von dem gegenüberliegenden
distalen Ende 18 beabstandet ist. In der abgewandelten
Ausführungsform der 2 der Hochdruckkomponente 14 bildet
ein Volumen des Einzelspeichers 10 zusammen mit einem Volumen des
Hochdruckanschlusses 19 – nämlich dem
Hochdruckkanal 20 – der Hochdruckführung
an den Einzelspeicher 10 einen etwa T-förmigen
Querschnitt.
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Solche
und andere Abwandlungen zur Integration des Einzelspeichers 10 in
den Injektor 8 können vorgenommen werden, ohne
vom Konzept der Erfindung abzuweichen. In jedem Fall zeichnet sich ein
Einzelspeicher 10 durch ein größeres
Volumen im Vergleich zu einem Hochdruckkanal der Hochdruckführung – sei
es ein Hochdruckkanal 20 im Injektor oder eine Hochdruckleitung 13 – aus.
Ein quer zu einer axialen Führungsrichtung des Kraftstoffs
bestimmter Durchmesser des Einzelspeichers 10 ist insbesondere
größer als ein quer zu einer axialen Führungsrichtung
des Kraftstoffs bestimmter Querdurchmesser der Hochdruckkomponente 14.
Vorliegend ist der Durchmesser des Hochdruckkanals 20 wesentlich
geringer als der Durchmesser des Einzelspeichers 10.
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Es
zeigt sich, dass das größere Volumen beziehungsweise
der größere Durchmesser eines Einzelspeichers 10 gemäß dem
Konzept der Erfindung vorteilhaft genutzt werden kann, um das Messsignal eines
direkt am Einzelspeicher 10 angebrachten Dehnungssensors 12,
vorliegend in Form eines Dehnungsmessstreifens, genutzt werden kann.
Es zeigt sich nämlich, dass aufgrund des größeren
Durchmessers des Einzelspeichers im Verhältnis zur Wandung
des Körpers 21 des Injektors 8 ein Messsignal am
Einzelspeicher 10 wesentlich größer ist
als im Vergleich dazu ein fiktives Messsignal an einer Hochdruckführung,
deren Durchmesser geringer ist als ein Durchmesser des Einzelspeichers.
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Das
Konzept der Erfindung ermöglicht eine verbesserte Regelung
der Einspritzung beziehungsweise eine bessere Festlegung des Einspritzbeginns, welcher
durch Anheben der Injektornadel 22 in der Injektorspitze 17 aktiviert
wird und dem es wiederum das Einspritzen von Kraftstoff durch Öffnungen
am Ende 23 der Injektorspitze folgt.
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Beispielhaft
wird die Regelung aufgrund eines elektronischen Steuergeräts
(ECU) 9 anhand von 1 und einem
im 3 symbolisch dargestellten Einzelspeicher 10 mit
Dehnungssensor 12 erläutert. Das elektronische
Steuergerät 9 beinhaltet die üblichen
Bestandteile eines Mikrocomputersystems, beispielsweise einen Mikroprozessor,
I/O-Bausteine, Puffer und Speicherbausteine (EEPROM, RAM). In den
Speicherbausteinen sind die für den Betrieb der Brennkraftmaschine 1 relevanten
Betriebsdaten in Kennfeldern/Kennlinien appliziert. Über
diese berechnet das elektronische Steuergerät 9 aus
den Eingangsgrößen die Ausgangsgrößen.
In 1 sind exemplarisch folgende Eingangsgrößen dargestellt:
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– der
Druck im Rail 6 (pCR), der Mittels eines weiteren Drucksensors 7 in
Rail 6 gemessen wird,
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– ein
Drehzahlsignal (nMOT) der Brennkraftmaschine 1,
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– eine
Anzahl von Drucksignalen pE der Anzahl von Einzelspeichern 10,
von denen hier eines symbolisch dargestellt ist und beispielsweise
eine vom Dehnungsmessstreifen abgegebene Spannung (UES) ist wie
sie in 3 dargestellt ist.
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Weiter
sind symbolisch für eine Anzahl von Betriebszuständen
und anwendungsabhängig Eingangsgrößen
EIN dargestellt. Unter der Eingangsgröße EIN sind
beispielsweise Ladeluftdruck eines Turboladers und die Temperaturen
der Kühl/Schmiermittel und des Kraftstoffs zusammengefasst.
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In 1 sind
als Ausgangsgrößen AUS des elektronischen Steuergeräts 9 ein
pulsweites moduliertes Signal (PWM) zur Steuerung der Saugdrossel 4,
ein Signal (INJ) zur Ansteuerung der Anzahl Injektoren 8 dargestellt,
wobei das Signal (INJ) insbesondere Einzelsignale zur Festlegung
von Spritzbeginn und/oder Spritzende aufweist. Weitere Ausgangsgrößen
sind in der Ausgangsgröße (AUS) zusammengefasst.
Diese Ausgangsgröße (AUS) steht stellvertretend
für die weiteren Stellsignale zur Steuerung und Regelung
der Brennkraftmaschine 1, beispielsweise eines AGR-Ventils.
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3 zeigt
stark vereinfacht den Einzelspeicher 10 wie er beispielsweise
symbolisch in 1 oder konstruktiv ausgeführt
in 2 gezeigt ist. Die Kraftstoffzufuhr ZU erfolgt
im Rahmen der in 3 nicht dargestellten Hochdruckkomponente 14 durch eine
Hochdruckführung während die Kraftstoffabfuhr über
die Spitze 17 des Injektors in den Arbeitsraum der Brennkraftmaschine 1 erfolgt.
Innerhalb des Einzelspeichers 10 herrscht ein variables
Druckniveau pE von 0 bar bei Motorstillstand bis zu einem Maximalwert
von zum Beispiel 1800 bar bei Volllast. Gegebenenfalls kann mit
der Einzelspeichertechnologie auch ein höherer Maximalwert
von durchaus bis zu 3000 bar – vorliegend durchaus zwischen
2200 und 2500 bar – erreicht werden. Auf einer Außenseite 11 des
Einzelspeichers 10 ist – wie bereits anhand von 1 und 2 erläutert – ein
Dehnungssensor 12 in Form eines Dehnungsmessstreifens befestigt,
welcher die mechanische Volumenänderung des Einzelspeichers 10 in
ein elektrisches Signal UES wandelt, welches das Druckniveau pE
des Einzelspeichers an das elektronische Steuergerät 9 weiter
gibt. Das elektrische Signal UES wird im elektronischen Steuergerät 9 über
eine Brückenschaltung, zum Beispiel eine Wheatstonebrücke,
ausgewertet.
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- 1
- Brennkraftmaschine
- 2
- Kraftstofftank
- 3
- Niederdruckpumpe
- 4
- Saugdrossel
- 5
- Hochdruckpumpe
- 6
- Hochdruckquelle
- 7
- Rail-Drucksensor
- 8
- Injektor
- 9
- elektronische
Einrichtung, elektronische Steuergerät
- 10
- Einzelspeicher
- 11
- Außenseite
- 12
- Dehnungssensor
- 13
- Zulaufleitung,
Hochdruckleitung
- 14
- Hochdruckkomponente
- 15
- Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystem
- 16
- Widerstand
- 17
- Injektorspitze
- 18
- distale
Ende
- 19
- Hochdruckanschluss
- 20
- Hochdruckkanal
- 21
- Körper
- 22
- Injektornadel
- 23
- Öffnungen
am Ende
- nMOT
- Motordrehzahl
- pE
- Einzelspeicherdruck
- pCR
- Raildruck
- PWM
- Pulsweitenmoduliertes
Signal
- INJ
- Ansteuersignal
Injektor (Spritzbeginn/Spritzende)
- EIN
- weitere
Eingangssignale
- AUS
- weitere
Ausgangssignale
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 3118425
C2 [0003, 0003, 0003]
- - DE 102005053683 A1 [0004, 0004, 0004, 0022]
- - DE 102006034515 B3 [0005, 0006]
- - DE 10344181 A1 [0007, 0017, 0017, 0019]