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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich allgemein auf das Korrigieren elektronischer Steuersignale für Kraftstoffinjektoren und insbesondere auf die Bestimmung einer Stromflussendzeitpunktkorrektur für bestimmte elektronisch gesteuerte Kraftstoffinjektoren.
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Hintergrund
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Zum Ermöglichen von Einspritzvorgängen verwenden elektronisch gesteuerte Kraftstoffinjektoren typischerweise einen Solenoid zum Öffnen und Verschließen eines Niedrigdrucksteuerventils. Viele Jahre lang verwendete die Steuerventilkonstruktion dieser elektronisch gesteuerten Kraftstoffinjektoren einen Solenoid mit einem zum Bewegen mit einem Ventilglied angebrachten Anker. Jedes Einspritzereignis beinhaltet das Einschalten eines Solenoids zum Bewegen des Ankers/des Ventilglieds zwischen zwei Anschlägen gegen die Kraft einer Vorspannfeder. In Abhängigkeit davon, ob das Ventil ein Zweiwege- oder Dreiwegeventil ist, können einer oder beide Anschläge Ventilsitze sein. Schon bald nach der Einführung dieser elektronisch gesteuerten Kraftstoffinjektoren haben Ingenieure erkannt, dass jeder Kraftstoffinjektor ein wenig anders auf dasselbe Steuersignal reagiert. Zusätzlich kann die Reaktion eines einzelnen Kraftstoffinjektors auf dasselbe Steuersignal erheblich über die Lebenszeit des Kraftstoffinjektors schwanken. Diese Abweichungen vom Nennverhalten können geometrischen Toleranzen, geringen Unterschieden zwischen ansonsten identischen Komponenten, Verschleiß, Temperatur und anderen im Stand der Technik bekannten Faktoren wie auch anderen möglicherweise noch immer unbekannten Ursachen zugeschrieben werden.
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Schon bald haben Ingenieure begonnen, Wege zum Schätzen oder Messen, wie stark das Verhalten eines einzelnen Kraftstoffinjektors von einem erwarteten Nennverhalten in Reaktion auf ein bekanntes Steuersignal abweicht, und dann zum Anwenden korrigierter Steuersignale, sodass der einzelne Kraftstoffinjektor sich mehr wie ein Nennkraftstoffinjektor verhält, entwickelt. Wenn beispielsweise ein Nennsteuersignal dazu führte, dass der Kraftstoffinjektor etwas zu viel Kraftstoff einspritzt, kann das korrigierte Steuersignal eine etwas kürzere Zeitdauer als das Nennsteuersignal haben, was zu einer Kraftstoffinjektoreinspritzung mit ungefähr derselben Kraftstoffmenge führt, wie in Reaktion auf das Nennsteuersignal zu erwarten wäre. Diese geringfügigen Steuersignalveränderungen werden industriell häufig als elektronische Korrekturen (Bereinigungen bzw. Abstimmungen) bezeichnet.
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Das
US Patent 7,469,679 lehrt eine Strategie zum Korrigieren elektronischer Steuersignale für ein elektronisch gesteuertes Ventil, in dem der Anker und das Ventilglied aneinander angebracht sind und sich als eine Einheit bewegen. In diesem speziellen Beispiel wird ein Solenoid zum Bewegen des Ankers und des Ventilglieds aus einem Kontakt mit einem ersten Sitz (Anschlag) zu einem Kontakt mit einem zweiten Sitz (Anschlag) zum Öffnen eines Drucksteuerdurchgangs zu entweder einer Hochdruckquelle oder einer Niedrigdruckableitung zum Ermöglichen eines Einspritzereignisses eingeschaltet. Der Anker und das Ventil kehren unter der Wirkung einer Rückstellfeder in ihre ursprünglichen Positionen zurück, wenn der Solenoid ausgeschaltet wird. Wenn das Ventilglied an einen Sitz anschlägt, stoppt die Bewegung des Ankers plötzlich, was ein kurzes Induktionsstromereignis in dem elektrischen Stromkreis, der dem Solenoid zugeordnet ist, bewirkt. Durch Vergleichen des Zeitpunkts des Induktionsstromereignisses mit dem erwarteten Zeitpunkt, in dem das Ventilglied den Sitz kontaktieren sollte, kann man messen, wie stark sich das Verhalten des einzelnen elektronisch gesteuerten Ventils von einem Nennverhalten unterscheidet, und ein korrigiertes Steuersignal erstellen, das dazu führt, dass das Ventilglied den Sitz zu dem erwarteten Zeitpunkt kontaktiert, was zu einem Kraftstoffeinspritzereignis führt, das einem Nennkraftstoffeinspritzereignis stärker gleicht.
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In letzter Zeit sind elektronisch gesteuerte Ventile für Kraftstoffinjektoren technisch ausgereifter bis hin zu dem Punkt geworden, dass sich in einigen Beispielen der Anker bezüglich des Ventilglieds bewegen kann. Zum Beispiel erlaubt ein solches Ventil dem Anker sich weiterzubewegen und sich von dem Ventilglied zu trennen (entkoppeln), nachdem das Ventilglied seinen Sitz kontaktiert hat. Leider wird die Verwendung der Korrekturbestimmungsstrategie, die Ventilen zugeordnet ist, in denen sich der Anker und das Ventilglied als eine Einheit bewegen, nicht funktionieren, weil das Induktionsstromereignis, wenn überhaupt, nicht in Reaktion darauf auftritt, dass das Ventilglied seinen Sitz kontaktiert. Es ist der Ventilverschlusszeitpunkt anstatt der Ankerbewegung, der zum Bestimmen von Kraftstoffeinspritzunterschieden am wichtigsten ist. Während diese technisch ausgereifteren Ventile Leistungsvorteile gegenüber ihren vorherigen Gegenstücken ermöglichen, bleiben die Ursachen für Ventilverhaltensunterschiede bestehen. Da die alten Strategien nicht länger anwendbar sind, kann die Entwicklung elektronischer Korrekturen für Steuersignale für diese technisch ausgereiften elektronisch gesteuerten Ventile problematisch sein.
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Die vorliegende Offenbarung ist auf eines oder mehrere der obigen Probleme gerichtet.
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Zusammenfassung der Offenbarung
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Gemäß einem Aspekt weist ein Verfahren zum Betätigen eines Kraftstoffinjektors das Einspritzen von Kraftstoff während eines ersten Einspritzereignisses durch Einschalten eines Solenoids des Kraftstoffinjektors für eine erste Einschaltzeitdauer auf, die zu einem ersten Stromflussendzeitpunkt endet. Eine Stromflussendzeitpunktkorrektur wird mindestens teilweise durch Schätzen einer Zeitdauer zwischen einem Induktionsstromereignis in einem Stromkreis des Solenoids und einem Ventil-/Anker-Wechselwirkungsereignis bestimmt. Ein Kraftstoff wird dann während eines zweiten Einspritzereignisses, das auf das erste Einspritzereignis folgt, durch Einschalten des Solenoids für eine zweite Einschaltzeitdauer, die sich von der ersten Einschaltzeitdauer unterscheidet und zu einem zweiten Stromflussendzeitpunkt endet, der dem um die Stromflussendzeitpunktkorrektur korrigierten ersten Stromflussendzeitpunkt entspricht, eingespritzt.
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Gemäß einem anderen Aspekt weist ein Common-Rail-Kraftstoffsystem eine Hochdruckpumpe auf, die in Fluidverbindung mit einem Common-Rail steht. Mehrere Kraftstoffinjektoren stehen in Fluidverbindung mit dem Common-Rail und jeder Kraftstoffinjektor weist ein Ventil und ein Solenoid mit einem Anker auf. Eine elektronische Steuerung steht in Steuerverbindung mit der Hochdruckpumpe und jedem der mehreren Kraftstoffinjektoren und weist einen Stromflussendzeitpunktkorrektur-Bestimmungsalgorithmus auf, der dazu ausgebildet ist, eine individuelle Stromflussendzeitpunktkorrektur für jeden der mehreren Kraftstoffinjektoren zu bestimmen. Der Stromflussendzeitpunktkorrektur-Bestimmungsalgorithmus ist dazu ausgebildet, jede Stromflussendzeitpunktkorrektur mindestens teilweise durch Schätzen einer Zeitdauer zwischen einem Induktionsstromereignis in einem Stromkreis des Solenoids und einem Ventil-/Anker-Wechselwirkungsereignis für jeden der mehreren Kraftstoffinjektoren zu bestimmen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist eine schematische Ansicht eines Motors mit einem Common-Rail-Kraftstoffsystem gemäß der vorliegenden Offenbarung,
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2 ist eine Seitenschnittansicht eines der Kraftstoffinjektoren von dem Motor der 1,
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3 ist eine schematische Ansicht des elektronisch gesteuerten Ventils für den Kraftstoffinjektor der 2 beim Auslösen eines Kraftstoffeinspritzereignisses,
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4 ist eine Ansicht des elektronisch gesteuerten Ventils der 3, nachdem der Solenoid eingeschaltet wurde und der Anker seinen oberen Anschlag kontaktiert hat,
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5 ist eine schematische Ansicht des elektronisch gesteuerten Ventils der 3 und 4, nachdem der Solenoid ausgeschaltet wurde und das Ventilglied sich zurück nach unten in Kontakt mit seinem Sitz bewegt hat,
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6 zeigt das elektronisch gesteuerte Ventil der 3–5, wenn der Anker sich weiterbewegt und einen Überweganschlag kontaktiert hat,
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7 zeigt das elektronisch gesteuerte Ventil der 3–6, nachdem der Anker in seine ursprüngliche Stellung zurückgekehrt ist,
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8 ist ein Strom-Zeit-Diagramm für beispielhafte Kraftstoffeinspritzereignisse,
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9 ist ein Ankerposition-Zeit-Diagramm für die Kraftstoffeinspritzereignisse der 8,
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10 ist ein Ventilposition-Zeit-Diagramm für die Kraftstoffeinspritzereignisse der 8,
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11 ist ein Strom-Zeit-Diagramm für Diagnoseereignisse gemäß der vorliegenden Offenbarung,
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12 ist ein Ankerposition-Zeit-Diagramm für die Diagnoseereignisse der 11,
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13 ist ein Ventilposition-Zeit-Diagramm für die Diagnoseereignisse der 11,
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14 ist ein Zweitankeranstoßverzögerung-Haltedauer-Diagramm für mehrere Diagnoseereignisse umfassend jene der 11,
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15 ist eine Nachschlagetabelle von Stromflussendzeitpunktkorrekturen über Überwegrückkehrverzögerung gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung, und
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16 ist ein Logikflussdiagramm, das einen Stromflussendzeitpunktkorrektur-Bestimmungsalgorithmus gemäß der vorliegenden Offenbarung aufweist.
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Detaillierte Beschreibung
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Zunächst wird auf die 1 und 2 Bezug genommen, die einen Motor 10 zeigen, der mit einem Common-Rail-Kraftstoffsystem 11, das ein Common-Rail 15 aufweist, ausgestattet ist. Der Motor 10 kann ein Motor mit Verdichtungszündung sein und das Common-Rail 15 kann verdichtetes Dieselkraftstoffdestillat enthalten. Das Common-Rail-Kraftstoffsystem 11 weist eine Hochdruckpumpe 16, die in Fluidverbindung (Strömungsverbindung) mit dem Common-Rail 15 steht, und mehrere Kraftstoffinjektoren 12, die jeweils in Fluidverbindung mit dem Common-Rail 15 an einem Einlass 13 stehen, auf. Die Hochdruckpumpe 16 zieht Kraftstoff aus einem Tank 17, der auch in Fluidverbindung mit den Ableitungen 14 der Kraftstoffinjektoren 12 steht. Ein Drucksensor 19 kann Druckinformationen bezüglich des Common-Rails 15 zu einer elektronischen Steuerung 18 kommunizieren. Die elektronische Steuerung 18 steht in Steuerungsverbindung mit der Hochdruckpumpe 16 und jedem der mehreren Kraftstoffinjektoren 12 (gezeigt ist nur eine Steuerungskommunikationsverbindung). Insbesondere kann die elektronische Steuerung 18 in Steuerungsverbindung mit einem elektronisch gesteuerten Ventil 22 jedes Kraftstoffinjektors 12 stehen. Das elektronisch gesteuerte Ventil 22 weist einen Solenoid auf, der aus einer Spule 23 und einem Anker 24, der funktional mit einem Ventilglied 25 zum Öffnen und Verschließen eines flachen Ventilsitzes 39 verbunden (gekoppelt) ist, aufgebaut ist.
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Jeder Kraftstoffinjektor 12 weist einen Injektorkörper 20 auf, der einen Einlass 13, eine Ableitung 14 und einen Düsenauslass 30 definiert. Der Kraftstoff wird durch Bewegen eines Nadelelements 31 aus einer untenliegenden geschlossenen Position, wie gezeigt ist, zu einer obenliegenden geöffneten Positionen zum Herstellen einer Fluidverbindung von dem Düsenauslass 30 zu dem Einlass 13 eingespritzt. Die Steuerung über diesen Vorgang wird durch das Verändern des Drucks in einer Nadelsteuerkammer 33 erreicht. Das Nadelelement 31 weist eine Schließhydraulikfläche 32 auf, die dem Fluiddruck in der Nadelsteuerkammer 33 ausgesetzt ist. Die Nadelsteuerkammer 33 steht in Fluidverbindung mit einem Drucksteuerdurchgang 34 der sich durch den Sitz 39 öffnet (mündet). Wenn das Ventilglied 25 in seiner unteren Position in Kontakt mit dem Sitz 39 ist, ist der Drucksteuerdurchgang 34 verschlossen und der vorherrschende Druck in der Nadelsteuerkammer 33 ist der Druck, der dem Einlass 13 und dem Common-Rail 15 zugeordnet ist. Wenn das Ventilglied 25 sich außer Kontakt mit dem Sitz 39 bewegt, wird eine Fluidverbindung von der Nadelsteuerkammer 33 zu der Niedrigdruckableitung 14 über den Drucksteuerdurchgang 34 hergestellt, sodass ermöglicht wird, dass der Druck in der Nadelsteuerkammer 33 fällt, und ermöglicht wird, dass sich das Nadelelement 31 in seine geöffnete Position (Öffnungsposition) zum Einleiten eines Einspritzereignisses anhebt.
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Zusätzlich wird auf die 3–7 Bezug genommen, die das elektronisch gesteuerte Ventil 22 zeigen, das einen Anker 24 aufweist, der funktional mit dem Ventilglied 25 durch einen Stift (Zapfen) 26 gekoppelt ist. Eine Ventilfeder 27 ist so funktional angeordnet, dass der Stift 26 und das Ventilglied 25 nach unten in deren Schließposition in Kontakt mit dem Sitz 39 vorgespannt sind. Eine Überwegfeder 28, die eine geringere Vorspannkraft als die Ventilfeder 27 hat, ist so funktional angeordnet, dass der Anker 24 in Kontakt mit einer Kontaktschulter (Kontaktabsatz) 38 des Stifts 26 vorgespannt ist. Die 2 und 3 zeigen ein elektronisch gesteuertes Ventil 22 mit einer ausgeschalteten Solenoidspule 23, wobei der Anker 24 in Kontakt mit dem Stift 26 ist, und das Ventilglied 25 in Kontakt mit dem Sitz 39 zum Verschließen des Drucksteuerdurchgangs 34 ist. Die 4 zeigt das Positionieren der Komponenten, nachdem die Spule 23 eingeschaltet wurde. Wenn dies stattfindet, wird der Anker 24 magnetisch in die Richtung der Spule 23 gezogen, bis der Stift 26 den oberen Anschlag 37 kontaktiert. Der hohe Druck in dem Drucksteuerdurchgang 34 drückt das Ventilglied 25 zum Öffnen der Fluidverbindung zwischen der Nadelsteuerkammer 33 und der Ableitung 14 nach oben, was den Druck auf die Schließhydraulikfläche 32 des Nadelelements 31 entlastet. Wenn dies stattfindet, hebt sich das Nadelelement 31 zum Einleiten eines Einspritzereignisses. Zum Ende eines Einspritzereignisses hin wird die Solenoidspule 23 ausgeschaltet. Wenn dies stattfindet, drückt die Ventilfeder 27 den Stift 26, den Anker 24 und das Ventilglied 25 nach unten, bis das Ventilglied 25 den Sitz 39 kontaktiert (5). Der Anker 24 setzt seine Bewegung nach unten fort, trennt (entkoppelt) sich von dem Stift 26, drückt die Überwegfeder 28 ferner zusammen, und kontaktiert schlussendlich den Überweganschlag 29 (6) und stößt an (prallt zurück). Kurz danach bewegt sich der Anker 24 zurück nach oben unter der Kraft der Feder 28 und dem verbleibenden Schwung nach dem Anstoß an den Überweganschlag 29 zum schlussendlichen Kontaktieren der Schulter 38 des Stifts 26. Dies bringt das elektronisch gesteuerte Ventil 22 zurück in dessen ursprüngliche Stellung, wie in 7 gezeigt ist.
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Im Unterschied zu älteren elektronisch gesteuerten Ventilen, die im Stand der Technik bekannt sind, weist das elektronisch gesteuerte Ventil 22 der dargestellten Ausführungsform folglich eine Überwegfunktion auf, die es dem Anker 24 erlaubt, sich bezüglich des Ventilglieds 25 zu bewegen, nachdem das Ventilglied 25 den Sitz 39 kontaktiert hat. Es gibt eine Vielzahl von Gründen außerhalb des Umfangs dieser Offenbarung, warum ein elektronisch gesteuertes Ventil 22 mit einer Überwegfunktion Leistungsverbesserungen gegenüber den älteren Ventilen bereitstellen kann, bei denen der Anker direkt zum Bewegen mit dem Ventilglied zu jeder Zeit angebracht war. Allerdings ist ein Grund, dass die Entkopplung des Ankers 24 von dem Stift 26, wenn das Ventilglied 25 den Sitz 39 kontaktiert, das Auftreten des Zurückprallens von dem Sitz 39 zum Verringern der Wahrscheinlichkeit von Zweiteinspritzungen verringert, die manchmal Kraftstoffinjektoren des Standes der Technik geplagt haben.
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Zusätzlich wird auf die 8–10 Bezug genommen, die den Strom in dem Solenoidstromkreis (8) über die Zeit neben der Ankerposition (9) und der Ventilposition (10) für beispielhafte Einspritzereignisses gemäß einer Nennkurve (durchgezeichnete Linie, 8–10), einer nicht korrigierten Kurve (gestrichelte Linie, 8–10) und einer korrigierten oder bereinigten Kurve (Strichpunktlinie, 8–10) zeigen. Das Einspritzereigniss beginnt bei T0 bei einem Stromflussbeginnzeitpunkt (BOC) in der Spule 23. Wenn dies stattfindet, bewegen sich der Anker 24 und das Ventilglied 25 wie erwartet in Richtung ihrer obenliegenden Öffnungspositionen, bis sie bei T1 stoppen, was der in der 4 gezeigten Stellung entspricht. Um den Zeitpunkt T1 herum oder kurz danach hebt sich das Nadelelement 31 in dessen Öffnungsposition und der Kraftstoffstrahl aus dem Düsenauslass 30 beginnt. Am Stromflussendzeitpunkt (EOC) wird die Solenoidspule 23 ausgeschaltet (nicht mehr mit Energie versorgt). Der Anker 24 und das Ventilglied 25 bewegen sich dann nach unten in deren Schließpositionen. Bei oder um den Zeitpunkt T2 herum, wenn der Sitz 39, wie in der 5 gezeigt ist, geschlossen wird, endet das Einspritzereigniss. Am Zeitpunkt T3 (6), während des Überwegs (Weiterbewegung bzw. Hinausbewegung) des Ankers 24, kontaktiert der Anker den Überweganschlag 29. Interessant ist das Diagramm der 8, das die Induktionsstromereignisse 61N und 61U zeigt, die dem Kontaktieren des Überweganschlags 29 zugeordnet (zugehörig) sind, für die Kurven, die dem Nenn- bzw. dem nicht korrigierten Einspritzvorgang zugeordnet sind. Die Zeit zwischen dem Stromflussendzeitpunkt (EOC) und dem Induktionsstromereignis 61 ist als eine Ankeranstoßverzögerung (ABD) 66 in dem Diagramm der 8 gekennzeichnet. Fachleute werden erkennen, dass die elektronische Steuerung 18 den Zeitpunkt des Induktionsstromereignisses 61 in dem Stromkreis, der der Solenoidspule 23 zugeordnet ist, messen kann und daher in der Lage ist, die Dauer der Ankeranstoßverzögerung 66 präzise zu bestimmen. Interessant ist, dass die Differenz (der Unterschied) zwischen T3 (nominal/Nenn-) und T3' (nicht korrigiert) sich von der Zeit zwischen T2 und T2' unterscheidet. Demnach kann, während die elektronische Steuerung 18 den Zeitpunkt T3 präzise messen kann, die Steuerung 18 nicht direkt das Ventilschließereignis T2 messen kann, was es schwierig macht, eine Stromflussendzeitpunktkorrektur 60 zu erhalten, die das Ventil 22 dazu bringen würde, zu dem gewünschten Zeitpunkt T2 zu schließen. Mit anderen Worten gesagt, kann, durch Anpassen des Nennsteuersignals der 8 durch die Stromflussendzeitpunktkorrektur 60, das elektronisch gesteuerte Ventil 22 dazu gebracht werden, ungefähr zu demselben Zeitpunkt wie T2 zu schließen, was zu einem Einspritzereigniss führt, das einem Nenneinspritzereignis stärker gleicht (durchgezogene Linie, 8–10). Fachleute werden erkennen, dass die Stromflussendzeitpunktkorrektur 60 sich von der Differenz zwischen den Zeitpunkten T3 und T3' unterscheidet. Die vorliegende Offenbarung ist darauf gerichtet, eine korrekte Stromflussendzeitpunktkorrektur (Stromflussendzeitpunktbereinigung) 60 zu bestimmen, wenn das Ventilschließereignis T2 nicht direkt gemessen werden kann, aber das Ankeranstoßereignis, das dem Zeitpunkt T3 zugeordnet ist, gemessen werden kann. Fachleute werden erkennen, dass der Einspritzendzeitpunkt (EOI) dem Ventilschließzeitpunkt T2 zugeordnet ist, anstatt dem Ankeranstoßereignis, das dem Zeitpunkt T3 zugeordnet ist.
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Aufgrund von Komponentenunterschieden, die durch geometrische Toleranzen, Unterschiede in Federkräften, Unterschiede in Reibkräften und viele andere Faktoren verursacht werden, ist der Überwegvorgang jedes elektronisch gesteuerten Ventils 22 jedes Kraftstoffinjektors 12 unterschiedlich. Folglich kann es beim Versuch einer Stromflussendzeitpunktkorrektur nur durch Betrachten des Unterschieds zwischen dem Nennankeranstoßereignis bei T3 und dem nicht korrigierten Ankeranstoßereignis bei T3' zu einer ungenauen Bestimmung der Stromflussendzeitpunktkorrektur führen. Allerdings berücksichtigt die vorliegende Offenbarung auf eine einsichtige Weise, dass die Zeit zwischen T3, wenn der Anker den Überweganschlag 29 berührt, und dem Zeitpunkt T4, wenn der Anker zum Berühren mit dem Stift 26 zurückkehrt, hoch korreliert mit der Zeitdifferenz zwischen dem Ventilschließen bei T2 und dem Ankeranstoß bei Zeitpunkt T3 ist. Diese Einsicht ist daher sinnvoll, weil wenn man die Bewegung des Ankers 24 bezüglich des Ventilglieds 25 in einem Teil des Überwegemodus beschreiben kann, man genau vorhersehen kann, wie diese Bewegung in einem anderen Teil während des Überwegmodus aussieht.
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Das Logikflussdiagramm der 16 gemeinsam mit den Diagrammen der 11–15 sind zum Aufzeigen eines beispielhaften Wegs des Ausnutzens dieser Einsicht für ein elektronisch gesteuertes Ventil 22, in dem sich der Anker 24 bezüglich des Ventilglieds 25 bewegen kann, aufgenommen. Diese Strategie kann zum Erhalten einer genauen Stromflussendzeitpunktkorrektur 60 zum Anpassen eines Steuersignals für einen einzelnen Kraftstoffinjektor 12 zum Erzeugen eines Einspritzereignisses, das einem Nenneinspritzereignis annähernd gleicht, verwendet werden. Fachleute werden erkennen, dass nicht nur die Überwegbewegung jedes einzelnen Ventils 22 sich voneinander unterscheidet, sondern auch die Bewegung während der Lebenszeit jedes einzelnen Kraftstoffinjektors 12 unterschiedlich ist. Folglich kann die Bestimmung einer genauen Stromflussendzeitpunktkorrektur 60 für einen einzelnen Injektor 12 über die Lebenszeit des Kraftstoffinjektors hinweg nicht genau bleiben. Folglich kann es nötig sein, eine individuelle Stromflussendzeitpunktkorrektur 60 zu mehreren Zeiten über die Lebenszeit des Injektors 12 hinweg zu bestimmen. Zum Beispiel kann eine Stromflussendzeitpunktkorrektur 60 bestimmt werden, wenn der Kraftstoffinjektor 12 in Betrieb genommen wird, eine andere aktualisierte Stromflussendzeitpunktkorrektur 60 kann nach einer Einlaufphase bestimmt werden und dann noch zu einem oder mehreren Zeitpunkten während der Lebenszeit des einzelnen Kraftstoffinjektors 12 zum Beibehalten einer genauen Stromflussendzeitpunktkorrektur 60.
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Fachleute werden erkennen, dass das genaue Messen des Zeitpunkts eines Induktionsstromereignisses in der Vergangenheit zum direkten Bestimmen einer elektronischen Korrektur für Kraftstoffinjektoren, die mit elektronisch gesteuerten Ventilen ausgestattet sind, in denen der Anker sich nicht bezüglich des Ventilglieds bewegt, zum Beispiel durch eine Befestigung an diesen, verwendet wurde. Unter diesen Umständen fällt die Rückkehr des Ventils zu dessen Sitz mit dem Induktionsstromereignis zusammen, das durch den Anker induziert wird, der zu einem plötzlichen Stopp kommt, wenn die Solenoidspule ausgeschaltet wird. Wenn allerdings das elektronisch gesteuerte Ventil 22 einen Aufbau besitzt, der eine Ankerbewegung bezüglich des Ventilglieds 25 erlaubt, tritt das Induktionsstromereignis 61 zu einem Zeitpunkt auf, der sich von dem Zeitpunkt unterscheidet, wenn das Ventilglied 25 den Sitz 39 kontaktiert. Nichtsdestotrotz schlägt die vorliegende Offenbarung eine Strategie vor, die den gleichen Rückkopplungsmechanismus des Ankerkontakts mit dem Überweganschlag 29 (6) verwendet, jedoch diese Information auf eine neue Weise zum Kennzeichnen der Überwegverzögerung von der Ventilrückkehr (T2, 5) zu dem Ankeranstoß (T3, 6) verwendet, sodass Unterschiede zum Nennverlauf kompensiert werden können.
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Zusätzlich wird auf die 11–15 Bezug genommen, die eine Lösung zeigen, die das Einbeziehen einer ersten Diagnoseeinschaltzeitdauer 63 der Solenoidspule 23 zum Erzeugen eines genügenden Ventilhubs zum Bereitstellen einer vollständigen Überwegreaktion von dem Ventil 22 umfasst. Die vollständige Überwegreaktion, wie sie in dieser Offenbarung verwendet wird, bedeutet, dass der Anker 24 genügend Schwung zum Auftreffen auf den Überweganschlag 29 während dessen Überwegbewegung hat. In einer bevorzugten Ausgestaltung werden die Diagnosen der vorliegenden Offenbarung zwischen regulären Einspritzereignissen ausgeführt, sodass die erste Diagnoseeinschaltzeitdauer 63 zu einer vollständigen Überwegreaktion des Ventils führt, allerdings nicht zum Erzeugen irgendeiner Kraftstoffeinleitung genügt, und kann eine Einschaltdauer sein, die nicht dazu ausreicht, dass der Anker 24 seinen oberen Anschlag 37 (4) erreicht. Die erste Ankeranstoßverzögerung 66 wird von dem Ende der ersten Diagnoseeinschaltzeitdauer 63 zu dem Induktionsstromereignis 61A gemessen, das auftritt, wenn der Anker 24 den Überweganschlag 29 kontaktiert. Eine zweite Diagnoseeinschaltzeitdauer 64 wird dann ohne Haltezeitabstand oder einem geringen Haltezeitabstand von dem Zeitpunkt des Induktionsstromereignisses 61A einbezogen. Ein Beispiel für eine solche Wellenform ist durch die gepunkteten Linien in der 11 gezeigt. Zu diesem Zeitpunkt könnte man erwarten, dass der Ankerschwung bei dem Ventilhub der zweiten Diagnoseeinschaltzeitdauer 64 hilft. Zusammen können die erste Diagnoseeinschaltzeitdauer 63, die durch die Haltedauer (Verweilzeit) 65 von der zweiten Diagnoseeinschaltzeitdauer 64 getrennt ist, als ein Diagnoseereignis 62 gemäß der vorliegenden Offenbarung angesehen werden. Danach kann die elektronische Steuerung 18 die Dauer der zweiten Diagnoseeinschaltzeit 64 anpassen, sodass ein ausreichender Hub durch die angewendete Kraft der zweiten Wellenform zum erneuten Erhalten einer vollständigen Überwegreaktion erreicht wird. Dies kann durch Überwachen der zweiten Ankeranstoßverzögerung 67 und dann Erhöhen der Dauer der zweiten Diagnoseeinschaltzeit 64, bis diese sich ungefähr jener annähert, die durch die erste Diagnoseeinschaltzeit 63 erzeugt wird. Zum Verringern von Signalverarbeitungskomplikationen kann es hilfreich sein, dass der Anker 24 nicht den oberen Anschlag 37 während dieses Vorgangs erreicht. Wenn die Zeitdauer der zweiten Diagnoseeinschaltzeit 64 eingestellt wird, wird die Haltedauer 65 zwischen der ersten und zweiten Wellenform verstellt.
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Während der Haltedauerveränderung (-verkürzung bzw. -verlängerung) werden mehrere unterschiedliche Diagnoseereignisse 62 durchgeführt, wobei die Haltedauer 65 von dem Wert, der der ersten Ankeranstoßverzögerung 66 entspricht (gepunktete Linie, 11), bis zu einem Zeitpunkt, in dem eine Senke (Minimum) in der Ankeranstoßverzögerung 67 erkannt wird (14), verstellt wird. Die zweite Ankeranstoßverzögerung 67 entspricht der Zeit zwischen dem Stromflussendzeitpunkt der zweiten Diagnoseeinschaltzeitdauer 64 bis zu dem Induktionsstromereignis 61B, das dem Ankeranschlag an den Überweganschlag 29 zugeordnet ist. Mit anderen Worten gesagt, wird, abhängig von der Haltedauer 65, die zweite Ankeranstoßverzögerung 67 sich wie in der 11 gezeigt verändern. Insbesondere zeigt die 11 ein Induktionsstromereignis 61B, das der Diagnoseeinschaltzeitdauer 64 mit durchgezogener Linie zugeordnet ist, ein Induktionsstromereignis 61B', das einer Diagnoseeinschaltzeitdauer 64' mit gepunkteter Linie zugeordnet ist, und ein Induktionsstromereignis 61B'', das der Diagnoseeinschaltzeitdauer 64'' entspricht, die in der 11 mit einer gestrichelten Linie gezeigt ist. Die vorliegende Offenbarung erkennt auf einsichtige Weise, dass bei einer bestimmten Haltedauer D (11, 14) der Beginn des Stromflusses für die zweite Diagnoseeinschaltzeitdauer 64 dem entspricht, wenn der Anker 24 die Kontaktschulter 38 des Stifts 26 kontaktiert. Zu diesem Zeitpunkt tritt ein minimaler Ventilhub auf, wie in der 13 gezeigt ist, weil der Ventilhub, der der zweiten Diagnoseeinschaltzeitdauer 64 zugeordnet ist, nicht von dem Ankerschwung profitiert, der noch aus der Bewegung existiert, die durch die erste Diagnoseeinschaltzeitdauer 63 bewirkt wurde. Die 14 zeigt eine Zeichnung unterschiedlicher zweiter Ankeranstoßverzögerungen 67 über die Haltedauer 65 mit einem lokalen Minimum, das bei minimalem Ventilhub bei der Haltedauer D auftritt, die in den 11–13 durch die durchgezogene Linie gezeigt ist.
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Durch Ermitteln der Haltedauer D, die dem Minimalhub zugeordnet ist, kann man darauf rückschließen, dass der Start des Stromflusses für die zweite Diagnoseeinschaltzeitdauer 64 stattfindet, wenn der Anker 24 den Stift 26 wieder berührt. Dies erlaubt wiederum die Berechnung der Überwegrückkehrverzögerung (ORD) 68, die die Zeitdauer zwischen dem Induktionsstromereignis 61A, dass dem Kontaktieren des Überweganschlag 29 mit dem Anker zugeordnet ist, und dem Zeitpunkt, zu dem der Anker die Schulter 38 des Stifts 26 berührt (Beginn des Stromflusses der Diagnoseeinschaltzeitdauer 64 bei der Haltedauer D). Da die Bewegung des Ankers 24 vor und nach dem Anstoß an dem Überweganschlag 29 aufgrund von individuellen Masseeigenschaften und dergleichen in Beziehung stehen, ist die Überwegrückkehrverzögerung 68 mit einer genauen Stromflussendzeitpunktkorrektur 60 korreliert. Die Überwegrückkehrverzögerung 68, wie sie in dieser Offenbarung verwendet wird, bedeutet die Differenz zwischen dem ersten Induktionsstromereignis 61A (11), das dem Zeitpunkt T3 zugeordnet ist (siehe 9), und dem Ventil-/Anker-Wechselwirkungsereignis, das T4 zugeordnet ist (siehe 9). Ein Induktionsstromereignis 61, wie es in dieser Offenbarung verwendet wird, bedeutet eine Strominduktion in dem Stromkreis für die Solenoidspule 23, die durch eine plötzliche Bewegungsveränderung des Ankers 24 erzeugt wird, wie beispielsweise durch das Kontaktieren des Überweganschlags 29. Ein Ventil-/Anker-Wechselwirkungsereignis gemäß der vorliegenden Offenbarung findet statt, wenn der Anker 24 entweder beginnt sich bezüglich des Ventilglieds 25 zu bewegen oder bezüglich diesem stoppt. Demnach tritt gemäß der vorliegenden Offenbarung ein Ventil-/Anker-Wechselwirkungsereignis bei Zeitpunkt T2 auf (10), wenn der Anker 24 beginnt, sich bezüglich des Ventilglieds 25 für einen Überweg (eine Hinausbewegung) zu bewegen, und ein zweites Ventil-/Anker-Wechselwirkungsereignis tritt bei Zeitpunkt T4 auf (9), wenn der Anker seinen Überweg beendet und eine Kopplung mit dem Stift 26 durch Kontaktieren der Kontaktschulter 38 herstellt.
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Wie wiederholt angesprochen ist, erkennt die vorliegende Offenbarung, dass die Zeitdauer von dem Anschlag des Ankers 24 an den Überweganschlag 29 (Induktionsstromereignis 61A, 11) zu dem Beginn des Stromflusses der zweiten Diagnoseeinschaltzeitdauer 64 (entspricht dem Tal in dem Diagramme der 14 bei der Haltezeit D) die Überwegrückkehrverzögerung 68 ist und hoch korreliert mit der Zeitdauer zwischen dem Anschlag des Ventilglieds 25 an dem Sitz 39 (T2) und dem Zeitpunkt, in dem der Anker seinen Überweganschlag 29 kontaktiert (T3), ist. Durch Erkennen dieser Korrelation kann eine Nachschlagtabelle von Überwegrückkehrverzögerung (ORD) über Stromflussendzeitpunktkorrektur 60, wie beispielsweise der in der 15 gezeigten, erstellt und in der elektronischen Steuerung 18 gespeichert werden, bevor der Motor 10 in Betrieb genommen wird. Mit anderen Worten gesagt, verändert sich diese Korrelation wahrscheinlich nicht erheblich über die Lebenszeit des Kraftstoffinjektors hinweg und kann daher zuvor erstellt werden.
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Fachleute werden erkennen, dass jedes Diagnoseereignis 62 jeder Haltedauer 65 in der Änderung unterschiedlicher Haltedauern zu mehreren Zeiten zum Bilden eines Durchschnitts der Ergebnisse für jede einzelne Haltezeit 65 zum Erhalten genauerer Ergebnisse durchgeführt werden kann. Wenn die Haltedaueränderung durch allmähliches Erhöhen der Haltedauer 65 durchgeführt wird, kann die Haltedauer inkrementell um Inkremente erhöht werden, die fein genug zum Erzeugen eines klaren Minimum bei der Haltedauer D in der zweiten Ankeranstoßverzögerung 67 sind, wie in der 14 gezeigt ist. Nach der Bestimmung der Stromflussendzeitpunktkorrektur 60 unter Verwendung der Nachschlagtabelle von der 15 kann das nachfolgende Einspritzereignis, wie in den 8–10 gezeigt ist, durchgeführt werden, sodass der Kraftstoffinjektor 12 dazu gebracht wird, das Ventil 22 zu einem Zeitpunkt zu schließen, der einem Kraftstoffinjektor mit einem Nennverhalten zugeordnet ist, zum Erzeugen eines genaueren Einspritzereignisses, was bedeutet, angenähert an das Nennverhalten.
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Gewerbliche Anwendbarkeit
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Die vorliegende Offenbarung findet allgemeine Anwendbarkeit bei elektronisch gesteuerten Ventilen, die eine Relativbewegung zwischen einem Anker und einem zugeordneten Ventilglied ermöglichen. Die vorliegende Offenbarung findet spezifische Anwendbarkeit auf Common-Rail-Kraftstoffsysteme, die ein elektronisch gesteuertes Ventil zum Steuern von Einspritzereignissen verwenden, in denen das elektronisch gesteuerte Ventile eine Überwegfunktion aufweist. Der Überweg ermöglicht es dem Anker, sich weiterzubewegen und sich bezüglich des Ventilglieds 25 zu bewegen, nachdem das Ventilglied 25 den Sitz 39 zum Beenden eines Einspritzereignisses kontaktiert. Andere Konstruktionen mit Relativbewegung zwischen Anker und Ventil können ebenso die Erkenntnisse dieser Offenbarung anwenden.
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Unter Bezugnahme auf die 16 weist die elektronische Steuerung 18 einen Kraftstoffinjektorsteuerungsalgorithmus 70 auf, der einen Kraftstoffeinleitungsalgorithmus 71 und einen Stromflussendzeitpunktkorrektur-Bestimmungsalgorithmus 80 aufweist. Der Stromflussendzeitpunktkorrektur-Bestimmungsalgorithmus 80 ist dazu ausgebildet, eine individuelle Stromflussendzeitpunktkorrektur 60 für jeden der mehreren Kraftstoffinjektoren 12 zu bestimmen. Jede Stromflussendzeitpunktkorrektur 60 wird mindestens teilweise durch Schätzen einer Zeitdauer zwischen einem Induktionsstromereignis 61 in einem Stromkreis der Solenoidspule 23 und einem Ventil-/Anker-Wechselwirkungsereignis für jeden der mehreren Kraftstoffinjektoren 12 bestimmt.
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Bei Oval 72 beginnt der Algorithmus 70. Bei Box 73 bestimmt die elektronische Steuerung 18 ein Nenneinspritzsteuersignal auf eine Weise, die im Stand der Technik bekannt ist. Bei Box 74 wird das Steuersignal, wenn überhaupt, mit einer Stromflussendzeitpunktkorrektur 60 angepasst, vor dem Ausführen eines Einspritzereignisses bei Block 75. Zum Beispiel kann Kraftstoff in einem ersten Einspritzereigniss durch Einschalten der Solenoidspule 23 eines Kraftstoffinjektors 12 für eine erste Einschaltzeitdauer, die in einem ersten Stromflussendzeitpunkt endet, der als EOC in 8 gekennzeichnet ist, eingespritzt werden. Bei Abfrage 76 fragt die elektronische Steuerung 18 ab, ob eine Stromflussendzeitpunktkorrektur 60 zu bestimmen ist. Zum Beispiel kann, wenn die elektronische Steuerung 18 bestimmt hat, dass der Kraftstoffinjektor 12 eine Einlaufphase ausgeführt hat, die Abfrage 76 ein Ja zurückgeben und mit dem Ausführen des Stromflussendzeitpunktkorrektur-Bestimmungsalgorithmus 80 fortfahren.
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Bei Box 81 werden die erste Diagnoseeinschaltzeitdauer 63 und die zweite Diagnoseeinschaltzeitdauer 64 für das Diagnoseereignis 62 eingestellt. Bei Box 82 wird die erste Ankeranstoßverzögerung 66 durch Erfassen der Zeit zwischen dem Stromflussendzeitpunkt für die erste Diagnoseeinschaltzeitdauer 63 und dem Induktionsstromereignis 61A, das dem Ankeranstoß entspricht (11), gemessen. Danach wird bei Box 83 die Anfangshaltedauer so eingestellt, der Zeit (61A) der ersten Ankeranstoßverzögerung (ABD1) zu entsprechen. Ein Diagnoseereignis 62 wird dann bei Box 84 durchgeführt. Die zweite Ankeranstoßverzögerung 67 wird gemessen und bei Box 85 zum Vergleichen der zweiten Ankeranstoßverzögerungen 67 für andere Diagnoseereignisse gespeichert. Bei Box 86 wird die Haltedauer 65 inkrementell erhöht. Bei Abfrage 87 bestimmt der Algorithmus 80, ob die Haltedauerveränderung vollständig ist. Wenn nicht, springt die Logik zurück zu Block 84 zum Ausführen eines anderen Diagnoseereignisses 62 mit einer unterschiedlichen Haltedauer 65. Die zweite Ankeranstoßverzögerung 67 wird dann bei Box 85 gemessen und aufgezeichnet, und die Haltedauer wird bei Box 86 erneut inkrementell erhöht. Nachdem dieser Rücksprung zum Sammeln von genügend Daten zum Konstruieren eines Diagramms des Typs, der in der 14 gezeigt ist, genügend häufig durchgeführt wurde, wird die Abfrage 87 ein Ja zurückgeben und weiter zu Box 88 fortfahren. Folglich ist die Haltedauer 65 jedes Diagnoseereignisses 62 in der Änderung unterschiedlich für jedes der mehreren Diagnoseereignisse. Bei Box 88 erkennt die Logik, welches Diagnoseereignis 62 der mehreren Diagnoseereignisse eine zweite Ankeranstoßverzögerung 67 aufweist, die kleiner als die Ankeranstoßverzögerung der anderen Diagnoseereignisse der mehreren Diagnoseereignisse ist, wie in dem Diagramm der 14 gekennzeichnet ist. Bei Box 89 wird die Überwegrückkehrverzögerung 68 für das ermittelte Diagnoseereignis 62 berechnet. Danach, bei Box 90, kann die Stromflussendzeitpunktkorrektur 60 basierend auf der berechneten Überwegrückkehrverzögerung 68 bestimmt werden, zum Beispiel durch Verwenden einer Nachschlagtabelle des Typs, der von 15 vorgeschlagen wird. Danach springt die Logik zurück zum Fortfahren mit der regulären Kraftstoffeinleitung gemäß dem Kraftstoffeinleitungsalgorithmus 71.
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Die Stromflussendzeitpunktkorrektur 60 kann derart angesehen werden, dass sie mindestens teilweise durch Schätzen einer Zeitdauer (Überwegrückkehrverzögerung 68) zwischen einem Induktionsstromereignis 61A in dem Stromkreis der Solenoidspule 23 und einem Ventil-/Anker-Wechselwirkungsereignis (Kontaktieren der Kontaktschulter 38 mit dem Anker 24 bei T4) bestimmt wird. Wenn Box 64 erneut ausgeführt wird, für ein zweites Einspritzereigniss, das auf das erste frühere Einspritzereigniss folgt, wird die Solenoidspule 23 erneut für eine zweite Einschaltzeitdauer (Strichpunktlinie in der 8) eingeschaltet, die sich von der ersten Einschaltzeitdauer unterscheidet und zu einem zweiten Stromflussendzeitpunkt endet, der dem um die Stromflussendzeitpunktkorrektur 60 angepassten, ersten Stromflussendzeitpunkt (EOC in der 8) entspricht.
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Vorzugsweise werden die multiplen Diagnoseereignisse, die dem Stromflussendzeitpunktkorrektur-Bestimmungsalgorithmus 80 zugeordnet sind, zwischen Einspritzereignissen (-vorgängen) durchgeführt und so getätigt, dass keine Kraftstoffeinleitung bewirkt wird. Nichtsdestotrotz kann eine Kraftstoffeinspritzung während des Ausführens des Stromflussendzeitpunktkorrektur-Bestimmungsalgorithmus 80 auftreten, ohne von dem Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Mit anderen Worten gesagt, werden die Diagnoseeinschaltzeitdauern 63 und 64 vorzugsweise so ausreichend lang ausgewählt, dass das Ventilglied 25 sich außer Kontakt mit dem Sitz 39 bewegt, aber nicht lang genug, dass Kraftstoff von dem Kraftstoffinjektor 12 eingespritzt wird.
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Fachleute werden erkennen, dass jeder Einspritzvorgang für den Kraftstoffinjektor 12 das Bewegen des Ventilglieds 25 außer Kontakt mit dem Sitz 39 zum Öffnen eines Drucksteuerdurchgangs 34 zu der Ableitung 14 und dann das Bewegen des Ventilglieds 25 zurück in Kontakt mit dem Sitz 39 zum Verschließen des Drucksteuerdurchgangs 34 aufweist. Die Bewegung des Ventilglieds 25 weist das Bewegen des Ankers 24 auf, der funktional mit dem Ventilglied 25 gekoppelt ist. In dem dargestellten Aufbau bewegt sich der Anker 24 weiter, nachdem das Ventilglied 25 den Sitz 39 zum Beenden eines Einspritzereignisses kontaktiert. Vorzugsweise finden der Stromflussendzeitpunktkorrektur-Bestimmungsalgorithmus 80 und dessen zugeordnete Diagnoseereignisse 62 nach einem ersten regulären Einspritzereignis, aber vor einem zweiten Einspritzereignis gemäß dem regulären Kraftstoffeinleitungsalgorithmus 71 statt. Wie am besten in der 11 gezeigt ist, wird die Solenoidspule 23 während des Diagnoseereignis 62 zweimal eingeschaltet und ausgeschaltet.
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Vorläufige Daten deuten daraufhin, dass die genaue Bestimmung einer Stromflussendzeitpunktkorrektur 60 gemäß der vorliegenden Offenbarung bis zu 3% Kraftstoffeinleitungsveränderung pro Einspritzereignis korrigieren kann, da die Überwegbewegung des elektronisch gesteuerten Ventils 22 sich mit Verschleiß, Einlaufphase und Alter verändert. Zusätzlich kann die Stromflussendzeitpunktkorrektur 60 dabei helfen, die Förderkurven zu linearisieren und möglicherweise eine Minimalfördersteuerung zu verringern und möglicherweise andere Alterungseffekte, die die Ventilsitzzeit verändern können, korrigieren. Die Technik der vorliegenden Offenbarung könnte möglicherweise auch als eine Diagnose zum Angeben, dass ein ungenügender Überweg bei einem bestimmten Anker 24 für einen der Kraftstoffinjektoren 12 besteht, was auf eine ungenügende Dichtkraft des Ventilglieds 25 auf dem Sitz 39 hindeuten kann. Fachleute werden erkennen, dass eine ungenügende Dichtkraft durch eine übermäßige Kraftstoffeinleiten durch ein nach hinten geschobenes Ende der Einspritzung (EOI) oder möglicherweise sogar zum Mischen zweier aufeinanderfolgender Kraftstoffeinleitungen in eine einzige gekennzeichnet sein kann.
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Es sollte verstanden werden, dass die obige Beschreibung nur zu Darstellungszwecken gedacht ist, und nicht dazu gedacht ist, den Umfang der vorliegenden Offenbarung auf irgendeine Weise zu beschränken. Folglich werden Fachleute erkennen, dass andere Aspekte der Offenbarung aus einem Studium der Zeichnungen, der Beschreibung und den angehängten Ansprüchen abgeleitet werden können.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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