DE102012208781A1 - Device for controlling fuel injector of internal combustion engine of motor vehicle, has regulation unit for subjecting fuel injector with preset temporal excitation process that has section for getting of magnetic force of reel drive - Google Patents

Device for controlling fuel injector of internal combustion engine of motor vehicle, has regulation unit for subjecting fuel injector with preset temporal excitation process that has section for getting of magnetic force of reel drive Download PDF

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Abstract

The device comprises a regulation unit for alternatively subjecting a fuel injector with a primary preset temporal excitation process (410) and a secondary preset temporal electrical excitation process (420). The primary temporal electric excitation process has a section (417) for fast-track getting of the magnetic force of a reel drive. The electrical excitation is inverted in the secondary preset temporal electrical excitation process in comparison to the electrical excitation in the primary preset temporal electrical excitation process. Independent claims are included for the following: (1) a method for controlling a fuel injector for an internal combustion engine of a motor vehicle; and (2) a computer program for controlling a fuel injector.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft das technische Gebiet der Ansteuerung von Kraftstoffinjektoren, welche einen mit einer Ventilnadel mechanisch gekoppelten magnetischen Anker und einen eine Spule aufweisenden Spulenantrieb zum Bewegen des magnetischen Ankers aufweisen. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Ansteuern eines Kraftstoffinjektors. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Motorsteuerung für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges, ein solches Kraftfahrzeug sowie ein Computerprogramm.The present invention relates to the technical field of the control of fuel injectors, which have a mechanically coupled to a valve needle magnetic armature and a coil having coil drive for moving the magnetic armature. In particular, the present invention relates to an apparatus and method for driving a fuel injector. The present invention further relates to an engine control for an internal combustion engine of a motor vehicle, such a motor vehicle and a computer program.

Bei der Ansteuerung von Kraftstoffinjektoren mit Solenoid- bzw. Spulenantrieb wird die Magnetkraft der Spule benutzt, um den Injektor zu öffnen. Dazu wird ein magnetischer Kern des Elektromagneten in der Art mit einer Nadel verbunden, dass der Kern eine Kraft auf die Injektornadel ausübt, welche diese Nadel öffnet und offen hält. Dazu muss die Summe der in Öffnungsrichtung wirkenden Kräfte (maßgeblich die Magnetkraft) die in Schließrichtung wirkenden Kräfte (hydraulische Kraft, Kraft der Kalibrations- bzw. Schließfeder) vom Betrag übersteigen. Zum Beenden der Einspritzung muss die Injektornadel zurück in den Sitz gedrückt werden. Dafür wird das magnetische Feld H der Spule abgebaut und in Folge dessen wird die magnetische Flussdichte B und somit die Magnetkraft verringert. Zu dem Zeitpunkt an dem die in Schließrichtung wirkenden Kräfte die in Öffnungsrichtung wirkenden Kräfte vom Betrag übersteigen beginnt der Schließvorgang und die Injektornadel beginnt sich in Richtung Nadelsitz zurück zu bewegen. When driving fuel injectors with solenoid or coil drive, the magnetic force of the coil is used to open the injector. For this purpose, a magnetic core of the electromagnet is connected to a needle in such a way that the core exerts a force on the injector needle which opens and keeps this needle open. For this purpose, the sum of the forces acting in the opening direction (essentially the magnetic force) must exceed the forces acting in the closing direction (hydraulic force, force of the calibration or closing spring) of the amount. To stop the injection, the injector needle must be pushed back into the seat. For this, the magnetic field H of the coil is degraded, and as a result, the magnetic flux density B and thus the magnetic force is reduced. By the time the forces acting in the closing direction exceed the forces acting in the closing direction, the closing process begins and the injector needle begins to move back in the direction of the needle seat.

In konventionellen Ansteuerungen wird der Spulenstrom möglichst schnell auf den Wert 0A abgebaut. Dadurch wird der Fluss des Elektromagneten aber nur bis zur Remanenzinduktion Br abgebaut. Diese Remanenzinduktion resultiert in einer in Öffnungsrichtung wirkenden, verbleibenden Magnetkraft, um welche die in Schließrichtung wirkenden Kräfte zur resultierenden Gesamtkraft (in Schließrichtung wirkend) verringert werden. Der Arbeitspunkt eines in der Art und Weise angesteuerten Injektorantriebs wandert zwischen den Punkten Br und P2 in dem in 1 gezeigten Diagramm. In conventional controls, the coil current is reduced as quickly as possible to the value 0A. As a result, however, the flow of the electromagnet is reduced only up to the remanence induction B r . This remanent induction results in a residual magnetic force acting in the opening direction by which the forces acting in the closing direction are reduced to the resulting total force (acting in the closing direction). The operating point of a so-called controlled injector drive travels between the points B r and P2 in the in 1 shown diagram.

Dieser Abbau der Magnetkraft am Ende der Ansteuerung kann durch ein invers gerichtetes Magnetfeld bzw. eine inverse (negative) Stromrichtung durch die Spule beschleunigt werden. Dazu wird am Ende der elektrischen Ansteuerung der Strom entgegengesetzt zur Stromrichtung während der Einspritzung durch die Spule getrieben. Der Arbeitspunkt des Injektorantriebs wandert in diesem Fall analog zur zuerst beschriebenen Ansteuerung zunächst wie in 2 gezeigt von P3 zum Remanenzpunkt Br und geht dann aufgrund der Invertierung des Magnetfeldes H bis zum Punkt P4 (siehe Pfeil 202 in 2), von wo er dann nach Abschalten des Spulenstromes zum Punkt P5 (ebenfalls ein Remanenzpunkt) wandert (siehe Pfeil 203 in 2), da sich das Magnetfeld mit dem Spulenstrom abbaut.This reduction of the magnetic force at the end of the drive can be accelerated by an inversely directed magnetic field or an inverse (negative) current direction through the coil. For this purpose, the current is driven opposite to the current direction during injection through the coil at the end of the electrical control. The operating point of the injector drive moves in this case, analogous to the first described control initially as in 2 shown from P3 to the remanence point B r and then goes to the point P4 due to the inversion of the magnetic field H (see arrow 202 in 2 ), from where it then moves to point P5 (also a remanence point) after switching off the coil current (see arrow 203 in 2 ), because the magnetic field degrades with the coil current.

Die beschriebene Umkehr der Stromrichtung durch die Spule des Elektromagneten am Ende der Ansteuerung erlaubt es die magnetische Flussdichte des Elektromagneten unter die Remanenzinduktion Br zu verkleinern. Dies führt im Wesentlichen zu einer verkürzten Totzeit am Ansteuerende und zu einem etwas schnelleren Schließvorgang der Nadel.The described reversal of the current direction through the coil of the electromagnet at the end of the drive allows the magnetic flux density of the electromagnet to be reduced below the remanent induction B r . This essentially leads to a shortened dead time at the drive end and to a slightly faster closing of the needle.

Bei dieser Ansteuermethode zum schnelleren Abbau der Magnetkraft ergibt sich aber folgendes Problem:
Das eingestellte Magnetfeld mit negativer Richtung bei Feldgrößen H < –Hc (Koerzitivfeldstärke) führt zu einer Vormagnetisierung des ferromagnetischen Spulenkerns in inverser Richtung –Br (Punkt P5 in 2) bezogen auf die Richtung der Magnetisierung während der Ansteuerung. However, the following problem arises with this activation method for faster reduction of the magnetic force:
The set magnetic field with negative direction at field sizes H <-H c (coercive field strength) leads to a premagnetization of the ferromagnetic coil core in inverse direction -B r (point P5 in FIG 2 ) with respect to the direction of magnetization during the drive.

Dies führt zu einem deutlich verzögerten Ansprechen (Öffnen) bei der nachfolgenden Ansteuerung (Einspritzung). Dieses verzögerte Öffnen des Injektors führt zu einer verkürzten Einspritzdauer und somit (ohne Korrektur der Einspritzdauer) – verglichen mit einer Einspritzung, bei der am Ende der vorangegangenen Einspritzung kein Magnetfeld mit entgegengesetztem Vorzeichen zum Feld während der Einspritzung aufgebaut wurde (bei sonst gleichen Rahmenbedingungen) – zu einer verringerten Masse des eingespritzten Kraftstoffs. This leads to a significantly delayed response (opening) in the subsequent control (injection). This delayed opening of the injector leads to a shortened injection duration and thus (without correction of the injection duration) - compared to an injection in which at the end of the previous injection no magnetic field of opposite sign to the field was built up during the injection (under otherwise identical conditions), - to a reduced mass of the injected fuel.

Das verzögerte Ansprechen (Öffnen) kann durch ein verfrühtes Ansteuern ausgeglichen werden. Dies ist aber bei Mehrfacheinspritzung nur ab einer Mindestdauer der Ansteuerunterbrechung möglich.The delayed response (opening) can be compensated by a premature activation. However, this is possible with multiple injection only from a minimum duration of the control interruption.

Die Verkürzung der Einspritzzeit kann ferner dadurch kompensiert werden, dass ein von Temperatur und verstrichener Zeit seit der letzten Ansteuerung abhängiger Korrekturwert zu der eigentlichen Ansteuerdauer addiert wird.The shortening of the injection time can also be compensated for by adding a correction value dependent on temperature and elapsed time since the last activation to the actual activation duration.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache Ansteuerung eines Kraftstoffinjektors anzugeben, die die oben beschriebenen Nachteile des beschleunigten Magnetkraftabbaus überwindet. The present invention has for its object to provide a simple control of a fuel injector, which overcomes the disadvantages of the accelerated magnetic force reduction described above.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. This object is solved by the subject matters of the independent claims. Advantageous embodiments of the present invention are described in the dependent claims.

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung zum Ansteuern eines einen Spulenantrieb aufweisenden Kraftstoffinjektors für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges beschrieben. Die beschriebene Vorrichtung weist eine Regelungseinheit zum abwechselnden Beaufschlagen des Kraftstoffinjektors mit einem ersten vorgegebenen zeitlichen elektrischen Erregungsverlauf und mit einem zweiten vorgegebenen zeitlichen elektrischen Erregungsverlauf auf. Der erste zeitliche elektrische Erregungsverlauf weist an seinem Ende einen Abschnitt zum beschleunigten Abbauen der Magnetkraft des Spulenantriebs auf. Der zeitliche Verlauf des Absolutbetrags der elektrischen Erregung im zweiten vorgegebenen zeitlichen elektrischen Erregungsverlauf ist gleich dem zeitlichen Verlauf des Absolutbetrags der elektrischen Erregung im ersten vorgegebenen zeitlichen elektrischen Erregungsverlauf, und die elektrische Erregung im zweiten vorgegebenen zeitlichen elektrischen Erregungsverlauf ist im Vergleich zu der elektrischen Erregung im ersten vorgegebenen zeitlichen elektrischen Erregungsverlauf invertiert. According to a first aspect of the invention, an apparatus for driving a coil actuator having a fuel injector for an internal combustion engine of a motor vehicle is described. The device described has a control unit for alternately pressurizing the fuel injector with a first predetermined temporal electrical excitation profile and with a second predetermined temporal electrical excitation curve. The first temporal electrical excitation pattern has at its end a portion for accelerated release of the magnetic force of the coil drive. The time profile of the absolute value of the electrical excitation in the second predetermined time electrical excitation curve is equal to the time course of the absolute amount of electrical excitation in the first predetermined temporal electrical excitation, and the electrical excitation in the second predetermined temporal electrical excitation is compared to the electrical excitation in the first inverted temporal electrical excitation.

Der beschriebenen Vorrichtung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass es durch abwechselndes Invertieren des elektrischen Erregungsverlaufs erreicht werden kann, dass die Richtung des magnetischen Flusses bei einem aktuellen Ansteuerungsverlauf der Richtung des aus der vorangegangenen Ansteuerung stammenden Remanenzflusses entspricht. Somit muss bei der aktuellen Ansteuerung keine aus der vorangegangenen Ansteuerung stammende entgegengesetzte Vormagnetisierung überwunden werden. The described device is based on the finding that it can be achieved by alternately inverting the electrical excitation characteristic that the direction of the magnetic flux corresponds to the direction of the remanence flux originating from the preceding drive in a current drive curve. Thus, in the current control, no opposite bias arising from the previous drive must be overcome.

In diesem Dokument wird unter einem (ersten bzw. zweiten) vorgegebenen elektrischen Erregungsverlauf insbesondere ein solcher elektrischer Erregungsverlauf verstanden, der einen zum Durchführen eines Einspritzvorgangs geeigneten Verlauf des Spulenstroms erzeugt.In this document, a (first or second) predetermined electrical excitation curve is understood in particular to mean such an electrical excitation curve that generates a course of the coil current that is suitable for carrying out an injection process.

Anschaulich gesprochen führt das abwechselnde Invertieren des beaufschlagten zeitlichen elektrischen Erregungsverlaufs dazu, dass der zeitliche Verlauf des Absolutbetrags des Spulenstroms in zwei aufeinanderfolgenden Ansteuerverläufen gleich ist, die Stromrichtung aber jeweils entgegengesetzt bzw. invertiert ist. Anders ausgedrückt unterscheidet sich der erste vorgegebene zeitliche elektrische Erregungsverlauf von dem zweiten vorgegebenen zeitlichen elektrischen Erregungsverlauf nur dadurch, dass die entsprechend erzeugten Spulenströme jeweils unterschiedliche Vorzeichen haben. Illustratively speaking, the alternating inversion of the applied temporal electrical excitation profile leads to the fact that the time profile of the absolute value of the coil current in two successive Ansteuerverläufen is the same, but the current direction is opposite or inverted. In other words, the first predetermined temporal electrical excitation profile differs from the second predetermined temporal electrical excitation profile only in that the correspondingly generated coil currents each have different signs.

Die Regelungseinheit weist eine Stromregelungs-Hardwareeinheit auf, die geeignet ist, den zum Betrieb eines Kraftstoffinjektors, welcher einen Spulenantrieb aufweist und demzufolge auch als Spuleninjektor bezeichnet wird, benötigten Spulenstrom zur Verfügung zu stellen.The control unit has a current control hardware unit which is suitable for providing the coil current required for operating a fuel injector, which has a coil drive and is consequently also referred to as a coil injector.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Richtung der elektrischen Erregung in dem Abschnitt zum beschleunigten Abbauen der Magnetkraft des Spulenantriebs entgegengesetzt zur Richtung des elektrischen Erregung in dem übrigen Teil des ersten vorgegebenen zeitlichen elektrischen Erregungsverlaufs.According to an embodiment of the invention, the direction of the electrical excitation in the accelerated decaying section of the magnetic force of the coil drive is opposite to the direction of the electrical excitation in the remaining part of the first predetermined temporal electrical excitation course.

Der Abschnitt zum beschleunigten Abbauen der Magnetkraft bildet insbesondere ein Ende eines Ansteuerverlaufs und dient dazu, die magnetische Flussdichte des Kraftstoffinjektors unter die Remanenzinduktion zu verkleinern. Dadurch kann ein schnelleres Schließen des Kraftstoffinjektors sowie eine verkürzte Totzeit am Ansteuerende erreicht werden.Specifically, the magnetic force accelerating portion forms an end of a driving course and serves to decrease the magnetic flux density of the fuel injector under the remanent induction. As a result, a faster closing of the fuel injector and a shortened dead time at the drive end can be achieved.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist der erste elektrische Erregungsverlauf ferner eine Verstärkungsphase auf.According to a further embodiment of the invention, the first electrical excitation curve further comprises a gain phase.

Die Verstärkungsphase (auch als Boost-Phase bezeichnet) dient dazu, der Kraftstoffinjektor schnellstmöglich zu öffnen. Dabei wird beispielsweise mittels eines DC/DC-Konverters eine Spannung weit über die Bordnetzspannung (zum Beispiel 60V) an die Spule angelegt, so dass ein entsprechend großer Spulenstrom schnell erreicht wird. The boost phase (also known as the boost phase) serves to open the fuel injector as quickly as possible. In this case, for example, by means of a DC / DC converter, a voltage far above the vehicle electrical system voltage (for example 60V) applied to the coil, so that a correspondingly large coil current is achieved quickly.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Vorrichtung ferner einen Invertierschalter auf.According to another embodiment of the invention, the device further comprises an inverter switch.

Der Invertierschalter kann beispielsweise so angesteuert werden, dass die Polarität der Spulenanschlüsse zwischen dem ersten und zweiten vorgegebenen zeitlichen elektrischen Erregungsverlauf vertauscht wird.The inversion switch can be driven, for example, so that the polarity of the coil terminals between the first and second predetermined temporal electrical excitation curve is reversed.

Der Invertierschalter kann Teil der Regelungseinheit oder mit dieser verbunden sein.The Invertierschalter can be part of the control unit or connected to this.

Zumindest einige der genannten Funktionalitäten der erfindungsgemäßen Vorrichtung und insbesondere alle dieser Funktionalitäten können mittels eines Mikroprozessors realisiert werden. Der Mikroprozessor kann Teil einer elektronischen Motorsteuerung für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges sein. At least some of the mentioned functionalities of the device according to the invention and in particular all of these functionalities can be realized by means of a microprocessor. The microprocessor may be part of an electronic engine control for an internal combustion engine of a motor vehicle.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Motorsteuerung für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges beschrieben. Die beschriebene Motorsteuerung weist eine Vorrichtung gemäß dem ersten Aspekt oder einem der obigen Ausführungsbeispiele auf.According to a further aspect of the invention, an engine control system for an internal combustion engine of a motor vehicle is described. The motor control described has a device according to the first aspect or one of the above embodiments.

Der beschriebenen Motorsteuerung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass es durch abwechselndes Invertieren des elektrischen Erregungsverlaufs erreicht werden kann, dass die Richtung des magnetischen Flusses bei einem aktuellen Ansteuerungsverlauf der Richtung des aus der vorangegangenen Ansteuerung stammenden Remanenzflusses entspricht. Somit muss bei der aktuellen Ansteuerung keine aus der vorangegangenen Ansteuerung stammende entgegengesetzte Vormagnetisierung überwunden werden. The motor control described is based on the finding that it can be achieved by alternately inverting the electrical excitation characteristic that the direction of the magnetic flux corresponds to the direction of the remanence flux originating from the preceding drive in a current drive curve. Thus, in the current control, no opposite bias arising from the previous drive must be overcome.

Die beschriebene Motorsteuerung stellt eine einfache Lösung der bekannten Probleme beim beschleunigten Abbau der Magnetkraft dar.The motor control described represents a simple solution to the known problems in accelerated degradation of the magnetic force.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor beschrieben. Das beschriebene Kraftfahrzeug weist eine Motorsteuerung gemäß dem vorangehenden Aspekt auf.According to a further aspect of the invention, a motor vehicle with an internal combustion engine is described. The motor vehicle described has a motor control according to the preceding aspect.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Ansteuern eines einen Spulenantrieb aufweisenden Kraftstoffinjektors für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges beschrieben. Das beschriebene Verfahren weist abwechselndes Beaufschlagen des Kraftstoffinjektors mit einem ersten vorgegebenen zeitlichen elektrischen Erregungsverlauf und mit einem zweiten vorgegebenen zeitlichen elektrischen Erregungsverlauf auf. Der erste zeitliche elektrische Erregungsverlauf weist einen Abschnitt zum beschleunigten Abbauen der Magnetkraft des Spulenantriebs auf. Der zeitliche Verlauf des Absolutbetrags der elektrischen Erregung im zweiten vorgegebenen zeitlichen elektrischen Erregungsverlauf ist gleich dem zeitlichen Verlauf des Absolutbetrags der elektrischen Erregung im ersten vorgegebenen zeitlichen elektrischen Erregungsverlauf, und die elektrische Erregung im zweiten vorgegebenen zeitlichen elektrischen Erregungsverlauf ist im Vergleich zu der elektrischen Erregung im ersten vorgegebenen zeitlichen elektrischen Erregungsverlauf invertiert.According to a further aspect of the invention, a method is described for driving a coil injector having a fuel injector for an internal combustion engine of a motor vehicle. The described method comprises alternately applying the fuel injector with a first predetermined temporal electrical excitation profile and with a second predetermined temporal electrical excitation profile. The first temporal electrical excitation pattern has a portion for acceleratedly decreasing the magnetic force of the coil drive. The time profile of the absolute value of the electrical excitation in the second predetermined time electrical excitation curve is equal to the time course of the absolute amount of electrical excitation in the first predetermined temporal electrical excitation, and the electrical excitation in the second predetermined temporal electrical excitation is compared to the electrical excitation in the first inverted temporal electrical excitation.

Auch dem beschriebenen Verfahren zum Ansteuern eines Kraftstoffinjektors liegt die Erkenntnis zugrunde, dass es durch abwechselndes Invertieren des elektrischen Erregungsverlaufs erreicht werden kann, dass die Richtung des magnetischen Flusses bei einem aktuellen Ansteuerungsverlauf der Richtung des aus der vorangegangenen Ansteuerung stammenden Remanenzflusses entspricht. Somit muss bei der aktuellen Ansteuerung keine aus der vorangegangenen Ansteuerung stammende entgegengesetzte Vormagnetisierung überwunden werden.The described method for driving a fuel injector is also based on the finding that it can be achieved by alternately inverting the electrical excitation characteristic that the direction of the magnetic flux corresponds to the direction of the remanence flux originating from the preceding activation in a current activation course. Thus, in the current control, no opposite bias arising from the previous drive must be overcome.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Computerprogramm beschrieben, welches, wenn es von einem Prozessor ausgeführt wird, eingerichtet ist, das Verfahren gemäß dem vorangehenden Aspekt durchzuführen.In accordance with another aspect of the invention, a computer program is described which, when executed by a processor, is arranged to perform the method of the preceding aspect.

Im Sinne dieses Dokuments ist die Nennung eines solchen Computerprogramms gleichbedeutend mit dem Begriff eines Programm-Elements, eines Computerprogrammprodukts und/oder eines computerlesbaren Mediums, das Anweisungen zum Steuern eines Computersystems enthält, um die Arbeitsweise eines Systems bzw. eines Verfahrens in geeigneter Weise zu koordinieren, um die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren verknüpften Wirkungen zu erreichen. For the purposes of this document, the mention of such a computer program is synonymous with the notion of a program element, a computer program product, and / or a computer readable medium containing instructions for controlling a computer system to appropriately coordinate the operation of a system or method to achieve the effects associated with the method of the invention.

Das Computerprogramm kann als computerlesbarer Anweisungscode in jeder geeigneten Programmiersprache wie beispielsweise in JAVA, C++ etc. implementiert sein. Das Computerprogramm kann auf einem computerlesbaren Speichermedium (CD-Rom, DVD, Blu-ray Disk, Wechsellaufwerk, flüchtiger oder nicht-flüchtiger Speicher, eingebauter Speicher/Prozessor etc.) abgespeichert sein. Der Anweisungscode kann einen Computer oder andere programmierbare Geräte wie insbesondere ein Steuergerät für einen Motor eines Kraftfahrzeugs derart programmieren, dass die gewünschten Funktionen ausgeführt werden. Ferner kann das Computerprogramm in einem Netzwerk wie beispielsweise dem Internet bereitgestellt werden, von dem es bei Bedarf von einem Nutzer heruntergeladen werden kann. The computer program may be implemented as a computer-readable instruction code in any suitable programming language such as JAVA, C ++, etc. The computer program can be stored on a computer-readable storage medium (CD-ROM, DVD, Blu-ray Disc, removable drive, volatile or non-volatile memory, built-in memory / processor, etc.). The instruction code may program a computer or other programmable device such as, in particular, an engine control unit of a motor vehicle to perform the desired functions. Further, the computer program may be provided in a network, such as the Internet, from where it may be downloaded by a user as needed.

Die Erfindung kann sowohl mittels eines Computerprogramms, d.h. einer Software, als auch mittels einer oder mehrerer spezieller elektrischer Schaltungen, d.h. in Hardware oder in beliebig hybrider Form, d.h. mittels Software-Komponenten und Hardware-Komponenten, realisiert werden. The invention can be implemented both by means of a computer program, i. software, as well as by means of one or more special electrical circuits, i. in hardware or in any hybrid form, i. using software components and hardware components.

Es wird darauf hingewiesen, dass Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf unterschiedliche Erfindungsgegenstände beschrieben wurden. Insbesondere sind einige Ausführungsformen der Erfindung mit Verfahrensansprüchen und andere Ausführungsformen der Erfindung mit Vorrichtungsansprüchen beschrieben. Dem Fachmann wird jedoch bei der Lektüre dieser Anmeldung sofort klar werden, dass, sofern nicht explizit anders angegeben, zusätzlich zu einer Kombination von Merkmalen, die zu einem Typ von Erfindungsgegenstand gehören, auch eine beliebige Kombination von Merkmalen möglich ist, die zu unterschiedlichen Typen von Erfindungsgegenständen gehören. It should be noted that embodiments of the invention have been described with reference to different subject matters. In particular, some embodiments of the invention are described with method claims and other embodiments of the invention with apparatus claims. However, it will be readily apparent to those skilled in the art upon reading this application that, unless explicitly stated otherwise, in addition to a combination of features belonging to a type of subject matter, any combination of features that may result in different types of features is also possible Subject matters belong.

Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden beispielhaften Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform. Further advantages and features of the present invention will become apparent from the following exemplary description of a preferred embodiment.

1 zeigt in einem Diagramm den Zusammenhang zwischen magnetischem Fluss und magnetischem Feld bei einer bekannten Ansteuerung eines Kraftstoffinjektors. 1 shows in a diagram the relationship between magnetic flux and magnetic field in a known control of a fuel injector.

2 zeigt in einem Diagramm den Zusammenhang zwischen magnetischem Fluss und magnetischem Feld bei einer weiteren bekannten Ansteuerung eines Kraftstoffinjektors. 2 shows in a diagram the relationship between magnetic flux and magnetic field in another known control of a fuel injector.

3 zeigt in einem Diagramm den Verlauf des Spulenstroms, der den in 2 gezeigten Zusammenhang entspricht. 3 shows in a diagram the course of the coil current, the in 2 corresponds shown relationship.

4 zeigt in einem Diagramm den Verlauf des Spulenstroms bei einer Ansteuerung gemäß der vorliegenden Erfindung. 4 shows a diagram of the course of the coil current in a drive according to the present invention.

5 zeigt in einem Diagramm den Zusammenhang zwischen magnetischem Fluss und magnetischem Feld bei dem in 4 gezeigten Verlauf des Spulenstroms. 5 shows in a diagram the relationship between magnetic flux and magnetic field in the 4 shown course of the coil current.

Es wird darauf hingewiesen, dass die nachfolgend beschriebene Ausführungsform lediglich eine beschränkte Auswahl an möglichen Ausführungsvarianten der Erfindung darstellt. It should be noted that the embodiment described below represents only a limited selection of possible embodiments of the invention.

Gemäß den hier dargestellten Ausführungsbeispielen wird der zum Betrieb eines Kraftstoffinjektors, welcher einen Spulenantrieb aufweist und demzufolge auch als Spuleninjektor bezeichnet wird, benötigte Spulenstrom durch eine geeignete Stromregelungs-Hardwareeinheit zur Verfügung gestellt. According to the exemplary embodiments illustrated here, the coil current required for operating a fuel injector, which has a coil drive and is consequently also referred to as a coil injector, is made available by a suitable current control hardware unit.

1 zeigt in einem Diagramm den Zusammenhang zwischen magnetischem Fluss B bzw. Magnetkraft F und magnetischem Feldstärke H bzw. Spulenstrom I bei einer bekannten Ansteuerung eines Kraftstoffinjektors ohne beschleunigtem Abbau der Magnetkraft. Bei einer ersten Ansteuerung wird die sogenannte Neukurve (gestrichelt dargestellt) von dem Initialzustand P1 bis zum P2 gefolgt. Indem der Schwellenwert BSOI überschritten wird, öffnet sich der Kraftstoffinjektor. Nach Erreichen des Punktes P2 wird der Spulenstrom I (und folglich die Feldstärke H) etwas reduziert und der Arbeitspunkt wandert zu dem Punkt P3. Nach erfolgter Kraftstoffeinspritzung wird der Spulenstrom I abgestellt und der Remanenzpunkt Br wird eingenommen. Bei der nachfolgenden Ansteuerung wandert der Arbeitspunkt dann von Br zu P2, wieder zurück zu P3 usw. wie es von den Pfeilen angezeigt wird. 1 shows in a diagram the relationship between magnetic flux B and magnetic force F and magnetic field strength H or coil current I in a known control of a fuel injector without accelerated degradation of the magnetic force. In a first activation, the so-called new curve (shown in dashed lines) is followed by the initial state P1 to P2. By exceeding the threshold B SOI , the fuel injector opens. After reaching the point P2, the coil current I (and consequently the field strength H) is slightly reduced and the operating point goes to the point P3. After the fuel injection, the coil current I is turned off and the Remanenzpunkt B r is taken. In the subsequent control, the operating point then moves from B r to P2, back to P3, etc. as indicated by the arrows.

2 zeigt in einem Diagramm den Zusammenhang zwischen magnetischem Fluss B bzw. Magnetkraft F und magnetischem Feldstärke H bzw. Spulenstrom I bei einer bekannten Ansteuerung eines Kraftstoffinjektors mit beschleunigtem Abbau der Magnetkraft. Dieser Ansteuerung unterscheidet sich von der in 1 gezeigten darin, dass am Ende der Ansteuerung die Richtung des Spulenstroms I invertiert wird. Der entgegengesetzte Spulenstrom I führt dazu, dass der Arbeitspunkt (wie vom Pfeil 202 angezeigt) vom Remanenzpunkt Br weiter zum Punkt P4 wandert. Nach Abschalten des Spulenstroms I wandert der Arbeitspunkt weiter zum Punkt P5 bzw. –Br, der (wie Br) auch ein Remanenzpunkt ist. Folglich besteht jetzt eine relativ zu dem Schwellenwert BSOI entgegengesetzte Vormagnetisierung des ferromagnetischen Spulenkerns, die bei der nachfolgenden Ansteuerung überwunden werden muss, um den Kraftstoffinjektor wieder zu öffnen, das heißt, um den Arbeitspunkt wieder zu P2 zu bewegen. 2 shows a diagram of the relationship between magnetic flux B and magnetic force F and magnetic field strength H or coil current I in a known control of a fuel injector with accelerated degradation of the magnetic force. This control differs from the in 1 shown in that at the end of the drive, the direction of the coil current I is inverted. The opposite coil current I causes the operating point (as indicated by the arrow 202 displayed) from remanence point B r continues to point P4. After switching off the coil current I, the operating point moves on to the point P5 or -B r , which (like B r ) is also a remanence point. Consequently, there is now a bias opposite to the threshold B SOI of the ferromagnetic coil core, which must be overcome in the subsequent control to reopen the fuel injector, that is, to move the operating point back to P2.

3 zeigt den Verlauf 305 des Spulenstroms I bei zwei wiederholten Ansteuerungen gemäß dem in 2 dargestellten Verfahren. Am Anfang der beiden Ansteuerungen wird die sogenannte Verstärkungsphase 306 eingesetzt. Die Verstärkungsphase 306 (auch Boost-Phase genannt) dient dazu, den Spulenstrom I schnell aufzubauen um den Punkt P2 in 2 schnell zu erreichen. Am Ende der beiden Ansteuerungen wird die Richtung des Spulenstroms I während einer Abbauphase 307 invertiert. 3 shows the course 305 of the coil current I at two repeated actuations according to the in 2 illustrated method. At the beginning of the two drives is the so-called amplification phase 306 used. The amplification phase 306 (Also called boost phase) serves to build up the coil current I quickly around the point P2 in 2 to reach quickly. At the end of the two drives, the direction of the coil current I during a degradation phase 307 inverted.

4 zeigt den Verlauf des Spulenstromes I bei erfindungsgemäßer Ansteuerung eines Kraftstoffinjektors. Hier wird die Spule abwechselnd mit einem ersten Spulenstromverlauf 410 und einem zweiten Spulenstromverlauf 420 angesteuert. Der erste Spulenstromverlauf 410 ist ähnlich zu dem in 3 gezeigten Spulenstromverlauf 305 und weist folglich u.a. eine erste Verstärkungsphase 416 und eine erste Abbauphase 417 auf. Der zweite Spulenstromverlauf 420 ist im Vergleich mit dem ersten Spulenstromverlauf 410 invertiert. Dies heißt, dass der Spulenstrom I zu jeder Zeit während des zweiten Spulenstromverlaufs 420 in entgegengesetzter Richtung zu dem Spulenstrom I zur entsprechenden Zeit während des ersten Spulenstromverlaufs 410 läuft. Anders ausgedrückt ist der zweite Spulenstromverlauf 420 das Spiegelbild des ersten Spulenstromverlaufs 410 in der Zeitachse. 4 shows the course of the coil current I in inventive control of a fuel injector. Here, the coil turns alternately with a first coil current waveform 410 and a second coil current profile 420 driven. The first coil current profile 410 is similar to the one in 3 shown coil current profile 305 and consequently has, inter alia, a first amplification phase 416 and a first phase of dismantling 417 on. The second coil current profile 420 is compared with the first coil current profile 410 inverted. This means that the coil current I at any time during the second coil current waveform 420 in the opposite direction to the coil current I at the corresponding time during the first coil current profile 410 running. In other words, the second coil current waveform 420 the mirror image of the first coil current waveform 410 in the timeline.

5 zeigt in einem Diagramm den Zusammenhang zwischen magnetischem Fluss B bzw. Magnetkraft F und magnetischem Feldstärke H bzw. Spulenstrom I bei der in 4 gezeigten erfindungsgemäßen Ansteuerung eines Kraftstoffinjektors. Ausgehend von dem Punkt P2 ist der Verlauf während der ersten Ansteuerung (erster Spulenstromverlauf 410 in 4) durch die Punkte P3, Br und P4 bis zu dem Punkt P5 gleich dem in 2 gezeigten Verlauf. Anders als in 2 führt aber das Invertieren des Spulenstroms I während der nachfolgenden zweiten Verstärkungsphase 426 (siehe 4) dazu, dass der Arbeitspunkt von dem Punkt P5 bis zum Punkt P6 wandert. Durch diese Wanderung wird der Schwellenwert –BSOI in negativer Richtung überschritten und der Injektor öffnet sich. Da hier der Flussaufbau in gleicher Richtung wie die der Vormagnetisierung des Spulenkerns in dem Punkt P5 erfolgt, verläuft das zweite Öffnen des Kraftstoffinjektors bei der erfindungsgemäßen Ansteuerung genauso schnell wie das vorausgehende erste Öffnen des Kraftstoffinjektors. Nach Erreichen des Punktes P6 wird der (absolute) Spulenstrom reduziert und der Arbeitspunkt wandert zum Punkt P7. Danach erfolgt die Abbauphase 427 der zweiten Ansteuerung, während deren die Richtung des Spulenstroms I umgedreht wird, und der Arbeitspunkt wandert durch die Punkte –Br (= P5) und P8 zu dem Punkt P9. In dem Punkt P9 ist die Vormagnetisierung wieder positiv und die nächste (nicht gezeigte) Ansteuerung mit nochmals invertierten Spulenstrom I (das heißt mit dem ersten Spulenstromverlauf 410) kann erfolgen, ohne dass eine entgegengesetzte Vormagnetisierung überwunden werden muss. 5 shows in a diagram the relationship between magnetic flux B and magnetic force F and magnetic field strength H or coil current I at the in 4 shown inventive control of a fuel injector. Starting from the point P2, the course during the first activation (first coil current profile 410 in 4 ) through the points P3, B r and P4 to the point P5 equal to in 2 shown course. Unlike in 2 but leads to inverting the coil current I during the subsequent second amplification phase 426 (please refer 4 ) for the operating point to travel from the point P5 to the point P6. As a result of this migration, the threshold value -B SOI is exceeded in the negative direction and the injector opens. Since the flux build-up takes place in the same direction as that of the premagnetization of the coil core at the point P5, the second opening of the fuel injector in the control according to the invention proceeds just as fast as the preceding first opening of the fuel injector. After reaching point P6, the (absolute) coil current is reduced and the operating point goes to point P7. Afterwards the dismantling phase takes place 427 the second drive, during which the direction of the coil current I is reversed, and the operating point passes through the points -B r (= P5) and P8 to the point P9. In the point P9, the bias is again positive and the next (not shown) control with again inverted coil current I (that is, with the first coil current waveform 410 ) can be done without having to overcome an opposite bias.

Hintergrund der vorteilhaften erfindungsgemäßen Ansteuerung ist folgende:
Um die Injektornadel anzuheben ist ein Mindestbetrag an magnetischem Fluss |BSOI| notwendig. Dabei ist die Richtung des Flusses aber wegen der ferromagnetischen Eigenschaften des Spulenkerns unerheblich. Entscheidend für die Magnetkraft und somit den öffnungszeitpunkt ist allein der Absolutbetrag des Flusses |B|.Background of the advantageous control according to the invention is the following:
To raise the injector needle, a minimum amount of magnetic flux | B SOI | necessary. However, the direction of the river is irrelevant because of the ferromagnetic properties of the spool core. Decisive for the magnetic force and thus the opening time is the absolute value of the flow | B |.

Aufgrund der Hysterese im B-H-Kennfeld von ferromagnetischen Materialien ergibt sich, wie es der 5 zu entnehmen ist, folgendes: Zum Erreichen von |BSOI| ist ein geringer Betrag der Feldstärke |H| nötig wenn das sich einstellende BSOI nach Vergrößerung der Magnetfeldstärke H das gleiche Vorzeichen besitzt wie die bei Ansteuerbeginn vorhandene Remanenzinduktion Br (bzw. –Br), als dies bei unterschiedlichen Vorzeichen von Br und BSOI der Fall wäre.Due to the hysteresis in BH map of ferromagnetic materials arises, as it 5 The following can be seen: To achieve | B SOI | is a small amount of field strength | H | necessary if the adjusting B SOI has the same sign after enlarging the magnetic field strength H as the remanence induction B r (or -B r ) present at the start of control, as would be the case with different signs of B r and B SOI .

Anschaulich gesprochen bedeutet dies: Befindet sich der Arbeitspunkt von Beginn der Ansteuerung bis zum Beginn der Nadelbewegung (SOI) in einem einzigen Quadranten des B-H-Kennfelds, ist zum Erreichen von |BSOI| ein kleinerer Betrag des äußeren Magnetfelds |H| nötig als für den Fall, dass von Ansteuerbeginn bis Beginn der Nadelbewegung der Arbeitspunkt drei Quadranten durchlaufen muss.In a nutshell, this means: If the operating point from the beginning of the actuation to the beginning of the needle movement (SOI) is located in a single quadrant of the BH map, then to reach | B SOI | a smaller amount of the external magnetic field | H | as in the case that from the start of control to the beginning of the needle movement of the operating point must pass through three quadrants.

Die Ansteuerung des Injektorantriebs wird demgemäß so ausgeführt, dass die Richtung des magnetischen Flusses B bei dem aktuellen Ansteuerereignis (Einspritzung) der Richtung des aus der vorangegangenen Ansteuerung stammenden Remanenzflusses Br entspricht.The drive of the injector drive is accordingly carried out so that the direction of the magnetic flux B in the current drive event (injection) corresponds to the direction of the remanence flow B r originating from the preceding drive.

Der Verlauf der Arbeitspunkte ist wie oben beschrieben in 5 dargestellt. Aus dieser Darstellung geht auch hervor, dass die Mindestmagnetflüsse (Schwellenwerte) BSOI bzw. –BSOI bei kleineren Beträgen |H| überschritten bzw. unterschritten werden als bei der in 2 und 3 dargestellten herkömmlichen Ansteuermethode. Zudem sind die Beträge |H| beim Über- / Unterschreiten der Mindestmagnetflüsse gleich, was zu einem vergleichbarem Öffnungsverhalten der Folgeeinspritzung führt, bezogen auf die vorangegangene Einspritzung.The course of the operating points is as described above in FIG 5 shown. It can also be seen from this representation that the minimum magnetic fluxes (threshold values) B SOI or -B SOI for smaller amounts | H | exceeded or fallen below than in the 2 and 3 illustrated conventional driving method. In addition, the amounts | H | when the minimum magnetic flux is exceeded or fallen below, resulting in a similar opening behavior of the subsequent injection, based on the previous injection.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

100100
Diagrammdiagram
101101
Pfeilearrows
200200
Diagrammdiagram
202202
Pfeilarrow
203203
Pfeilarrow
305305
Spulenstromverlauf (Stand der Technik)Coil current course (prior art)
306306
Verstärkungsphase amplification stage
307307
beschleunigte Abbauphaseaccelerated dismantling phase
410410
erster Spulenstromverlauf first coil current profile
416416
erste Verstärkungsphasefirst amplification phase
417417
erste beschleunigte Abbauphasefirst accelerated dismantling phase
420420
zweiter Spulenstromverlauf second coil current profile
426426
zweite Verstärkungsphasesecond amplification phase
427427
zweite beschleunigte Abbauphasesecond accelerated degradation phase
BB
magnetischer Fluss magnetic river
FF
Magnetkraft magnetic force
HH
magnetische Feldstärke magnetic field strength
II
Spulenstrom coil current
Br B r
Remanenzpunkt remanence
–Br B r
Remanenzpunkt remanence
–Hc -H c
Koerzitivfeldstärke coercivity
BSOI B SOI
Schwellenwert des magnetischen Flusses zum Bewegen des Ankers Threshold of the magnetic flux for moving the armature
–BSOI -B SOI
Schwellenwert des magnetischen Flusses zum Bewegen des Ankers Threshold of the magnetic flux for moving the armature
tt
Zeit Time
P1P1
Zustandspunkt state point
P2P2
Zustandspunkt state point
P3P3
Zustandspunkt state point
P4P4
Zustandspunkt state point
P5P5
Zustandspunkt state point
P6P6
Zustandspunkt state point
P7P7
Zustandspunkt state point
P8P8
Zustandspunkt state point
P9P9
Zustandspunkt state point
P10P10
Zustandspunkt state point

Claims (8)

Vorrichtung zum Ansteuern eines einen Spulenantrieb aufweisenden Kraftstoffinjektors für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges, die Vorrichtung aufweisend eine Regelungseinheit zum abwechselnden Beaufschlagen des Kraftstoffinjektors mit einem ersten vorgegebenen zeitlichen elektrischen Erregungsverlauf (410) und mit einem zweiten vorgegebenen zeitlichen elektrischen Erregungsverlauf (420), wobei der erste zeitliche elektrische Erregungsverlauf (410) einen Abschnitt (417) zum beschleunigten Abbauen der Magnetkraft des Spulenantriebs aufweist, wobei der zeitliche Verlauf des Absolutbetrags der elektrischen Erregung im zweiten vorgegebenen zeitlichen elektrischen Erregungsverlauf (420) gleich dem zeitlichen Verlauf des Absolutbetrags der elektrischen Erregung im ersten vorgegebenen zeitlichen elektrischen Erregungsverlauf (410) ist, und wobei die elektrische Erregung im zweiten vorgegebenen zeitlichen elektrischen Erregungsverlauf (420) im Vergleich zu der elektrischen Erregung im ersten vorgegebenen zeitlichen elektrischen Erregungsverlauf (410) invertiert ist.Device for driving a fuel injector having a coil drive for an internal combustion engine of a motor vehicle, the device having a control unit for alternately pressurizing the fuel injector with a first predetermined temporal electrical excitation curve ( 410 ) and with a second predetermined temporal electrical excitation profile ( 420 ) wherein the first temporal electrical excitation course ( 410 ) a section ( 417 ) for the accelerated reduction of the magnetic force of the coil drive, wherein the time course of the absolute amount of the electrical excitation in the second predetermined temporal electrical excitation course ( 420 ) equal to the time course of the absolute value of the electrical excitation in the first predetermined temporal electrical excitation course ( 410 ), and wherein the electrical excitation in the second predetermined temporal electrical excitation course ( 420 ) compared to the electrical excitation in the first predetermined temporal electrical excitation course ( 410 ) is inverted. Vorrichtung gemäß dem vorangehendenden Anspruch, wobei die Richtung des elektrischen Erregung in dem Abschnitt (417) zum beschleunigten Abbauen der Magnetkraft des Spulenantriebs entgegengesetzt zur Richtung des elektrischen Erregung in dem übrigen Teil des ersten vorgegebenen zeitlichen elektrischen Erregungsverlaufs (410) ist.Device according to the preceding claim, wherein the direction of the electrical excitation in the section ( 417 ) for accelerated release of the magnetic force of the coil drive opposite to the direction of electrical excitation in the remaining part of the first predetermined temporal electrical excitation curve ( 410 ). Vorrichtung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der erste elektrische Erregungsverlauf ferner eine Verstärkungsphase (416) aufweist.Device according to one of the preceding claims, wherein the first electrical excitation curve further comprises an amplification phase ( 416 ) having. Vorrichtung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, die ferner einen Invertierschalter aufweist. Apparatus according to any one of the preceding claims, further comprising an inverter switch. Motorsteuerung für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges, die eine Vorrichtung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche aufweist.Engine control for an internal combustion engine of a motor vehicle, comprising a device according to one of the preceding claims. Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor, wobei das Kraftfahrzeug eine Motorsteuerung gemäß dem vorangehenden Anspruch aufweist.Motor vehicle with an internal combustion engine, wherein the motor vehicle has a motor controller according to the preceding claim. Verfahren zum Ansteuern eines einen Spulenantrieb aufweisenden Kraftstoffinjektors für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges, das Verfahren aufweisend abwechselndes Beaufschlagen des Kraftstoffinjektors mit einem ersten vorgegebenen zeitlichen elektrischen Erregungsverlauf (410) und mit einem zweiten vorgegebenen zeitlichen elektrischen Erregungsverlauf (420), wobei der erste zeitliche elektrische Erregungsverlauf (410) einen Abschnitt (417) zum beschleunigten Abbauen der Magnetkraft des Spulenantriebs aufweist, wobei der zeitliche Verlauf des Absolutbetrags der elektrischen Erregung im zweiten vorgegebenen zeitlichen elektrischen Erregungsverlauf (420) gleich dem zeitlichen Verlauf des Absolutbetrags der elektrischen Erregung im ersten vorgegebenen zeitlichen elektrischen Erregungsverlauf (410) ist, und wobei die elektrische Erregung im zweiten vorgegebenen zeitlichen elektrischen Erregungsverlauf (420) im Vergleich zu der elektrischen Erregung im ersten vorgegebenen zeitlichen elektrischen Erregungsverlauf (410) invertiert ist.Method for driving a fuel injector having a coil drive for an internal combustion engine of a motor vehicle, the method having alternating pressurization of the fuel injector with a first predetermined temporal electrical excitation profile ( 410 ) and with a second predetermined temporal electrical excitation profile ( 420 ), wherein the first temporal electrical excitation course ( 410 ) a section ( 417 ) for the accelerated reduction of the magnetic force of the coil drive, wherein the time course of the absolute amount of the electrical excitation in the second predetermined temporal electrical excitation course ( 420 ) equal to the time course of the absolute value of the electrical excitation in the first predetermined temporal electrical excitation course ( 410 ), and wherein the electrical excitation in the second predetermined temporal electrical excitation course ( 420 ) compared to the electrical excitation in the first predetermined temporal electrical excitation course ( 410 ) is inverted. Computerprogramm, welches, wenn es von einem Prozessor ausgeführt wird, eingerichtet ist, das Verfahren gemäß dem vorangehenden Anspruch durchzuführen.Computer program which, when executed by a processor, is arranged to perform the method according to the preceding claim.
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