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QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
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Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Anmeldung mit der Nummer 61/968,001, die am 20. März 2014 eingereicht wurde.
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TECHNISCHES GEBIET
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Diese Offenbarung betrifft durch Solenoide aktivierte Aktoren.
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HINTERGRUND
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Die Aussagen in diesem Abschnitt stellen nur Hintergrundinformationen mit Bezug auf die vorliegende Offenbarung bereit. Folglich sind diese Aussagen nicht dazu gedacht, eine Anerkennung des Standes der Technik zu bilden.
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Solenoidaktoren können verwendet werden, um Fluide (Flüssigkeiten und Gase) zu steuern, oder zum Positionieren oder für Steuerungsfunktionen. Ein typisches Beispiel für einen Solenoidaktor ist das Kraftstoffeinspritzventil. Kraftstoffeinspritzventile werden verwendet, um druckbeaufschlagten Kraftstoff in einen Krümmer, einen Ansaugkanal oder direkt in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine einzuspritzen. Bekannte Kraftstoffeinspritzventile umfassen elektromagnetisch aktivierte Solenoidvorrichtungen, die mechanische Federn überwinden, um ein Ventil zu öffnen, das sich an einer Spitze des Einspritzventils befindet, um eine Kraftstoffströmung dort hindurch zu ermöglichen. Einspritzventil-Treiberschaltungen steuern einen elektrischen Stromfluss an die elektromagnetisch aktivierten Solenoidvorrichtungen, um die Einspritzventile zu öffnen und zu schließen. Einspritzventil-Treiberschaltungen können in einer Spitzenwert-und-Halten-Steuerungskonfiguration oder in einer Konfiguration mit einer Schaltersättigung betrieben werden.
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Kraftstoffeinspritzventile werden kalibriert, wobei eine Kalibrierung ein Einspritzventil-Aktivierungssignal umfasst, das eine Geöffnetzeit des Einspritzventils oder eine Zeitdauer der Einspritzung und eine entsprechende dosierte oder gelieferte eingespritzte Kraftstoffmasse bei einem Betrieb mit einem vorbestimmten oder bekannten Kraftstoffdruck enthält. Der Betrieb des Einspritzventils kann mit Hilfe einer pro Kraftstoffeinspritzereignis eingespritzten Kraftstoffmasse in Bezug auf die Zeitdauer der Einspritzung charakterisiert werden. Die Charakterisierung des Einspritzventils umfasst eine dosierte Kraftstoffströmung über einen Bereich zwischen einer hohen Strömungsrate, die mit einem Kraftmaschinenbetrieb mit hoher Drehzahl und hoher Last verbunden ist, und einer niedrigen Strömungsrate, die mit Leerlaufbedingungen der Kraftmaschine verbunden ist.
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Es ist bekannt, einen externen Einspritzventil-Treiber über Drähte und/oder Kabel mit einem Kraftstoffeinspritzventil zu verbinden. Diese Drähte weisen resistive Absenkungen und parasitäre Kapazitäten und Induktivitäten auf, die den Strom beeinflussen, der von dem Einspritzventil-Treiber zu dem Kraftstoffeinspritzventil wandert, wodurch ein Betrieb mit hoher Geschwindigkeit des Kraftstoffeinspritzventils beeinträchtigt wird. Und zudem die Genauigkeit von Spannungs- und Flussmessungen im Kraftstoffeinspritzventil, die als Rückmeldung an den externen Einspritzventil-Treiber geliefert werden können. Die Genauigkeit dieser Spannungs- und Flussmessungen kann aufgrund der Distanz, die diese Messwerte durch die Drähte hindurch zurücklegen müssen, welche das Kraftstoffeinspritzventil mit dem Einspritzventil-Treiber verbinden, beeinträchtigt werden.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Eine Vorrichtung zum Steuern des Betriebs eines elektromagnetisch aktivierten Aktors umfasst einen Aktivierungscontroller, der entweder in eine Verbinderanordnung des Aktors integriert ist oder in ein Leistungsübertragungskabel in unmittelbarer Nähe des Aktors integriert ist. Der Aktivierungscontroller umfasst ein Steuerungsmodul, das ausgestaltet ist, um ein Aktorbefehlssignal zu erzeugen, und einen Aktor-Treiber, der einen bidirektionalen Stromtreiber umfasst. Der Aktor-Treiber ist ausgestaltet, um das Aktorbefehlssignal von dem Steuerungsmodul zu empfangen und um ein Aktivierungsbefehlssignal zum Steuern der Richtung und der Amplitude des Stroms, der an den Aktor geliefert wird, zu erzeugen.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Eine oder mehrere Ausführungsformen werden nun anhand von Beispielen mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
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1 eine schematische Schnittansicht eines Kraftstoffeinspritzventils und eines Aktivierungscontrollers in Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht,
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2 ein nicht einschränkendes Beispiel einer schematischen Schnittansicht eines Kabels, das ein beispielhaftes Kraftstoffeinspritzventil und einen beispielhaften Einspritzventil-Treiber in Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung elektrisch wirksam verbindet;
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3-1 bis 3-3 eine beispielhafte Ausführungsform eines Einspritzventil-Treibers zum Steuern des Betriebs eines Kraftstoffeinspritzventils, der in eine Verbinderanordnung des Kraftstoffeinspritzventils integriert ist, in Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung veranschaulichen; und
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4 eine beispielhafte Ausführungsform eines Einspritzventil-Treibers, der in ein Leistungsübertragungskabel integriert ist, das den externen Einspritzventil-Treiber mit einer Verbinderanordnung eines Kraftstoffeinspritzventils elektrisch wirksam verbindet, um dessen Betrieb zu steuern, in Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
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GENAUE BESCHREIBUNG
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Diese Offenbarung beschreibt die Konzepte des gegenwärtig beanspruchten Gegenstands mit Bezug auf eine beispielhafte Anwendung auf Kraftstoffeinspritzventile mit linearer Bewegung. Jedoch kann der beanspruchte Gegenstand weiter gefasst auf beliebige lineare oder nichtlineare elektromagnetische Aktoren angewendet werden, die eine elektrische Spule verwenden, um ein Magnetfeld in einen magnetischen Kern zu induzieren, was dazu führt, dass eine Anziehungskraft auf einen beweglichen Anker wirkt. Typische Beispiele umfassen Fluidsteuerungssolenoide, Benzin- oder Diesel- oder CNG-Kraftstoffeinspritzventile, die in Brennkraftmaschinen eingesetzt werden, und nichtfluidische Solenoidaktoren zur Positionierung und zur Steuerung.
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Nun mit Bezug auf die Zeichnungen, in denen das Gezeigte nur zum Zweck der Veranschaulichung bestimmter beispielhafter Ausführungsformen und nicht zum Zweck, diese einzuschränken, gedacht ist, veranschaulicht 1-1 auf schematische Weise eine nicht einschränkende beispielhafte Ausführungsform eines elektromagnetisch aktivierten Kraftstoffeinspritzventils 10 für Direkteinspritzung. Obwohl in der veranschaulichten Ausführungsform ein elektromagnetisch aktiviertes Kraftstoffeinspritzventil für Direkteinspritzung dargestellt ist, kann ein Kraftstoffeinspritzventil für Ansaugkanaleinspritzung gleichermaßen verwendet werden. Das Kraftstoffeinspritzventil 10 ist ausgestaltet, um Kraftstoff direkt in einen Brennraum 100 einer Brennkraftmaschine einzuspritzen. Zur Steuerung der Aktivierung des Kraftstoffeinspritzventils 10 ist ein Aktivierungscontroller 80 mit diesem elektrisch wirksam verbunden. Der Aktivierungscontroller 80 entspricht nur dem Kraftstoffeinspritzventil 10. In der veranschaulichten Ausführungsform umfasst der Aktivierungscontroller 80 ein Steuerungsmodul 60 und einen Einspritzventil-Treiber 50. Das Steuerungsmodul 60 ist mit dem Einspritzventil-Treiber 50 elektrisch wirksam verbunden, der wiederum mit dem Kraftstoffeinspritzventil 10 zur Steuerung der Aktivierung desselben elektrisch wirksam verbunden ist. Das Kraftstoffeinspritzventil 10, das Steuerungsmodul 60 und der Einspritzventil-Treiber 50 können beliebige geeignete Vorrichtungen sein, die ausgestaltet sind, um wie hier beschrieben zu arbeiten. In veranschaulichten Ausführungsformen umfasst das Steuerungsmodul 60 eine Verarbeitungsvorrichtung. Bei einer Ausführungsform ist eine oder sind mehrere Komponenten des Aktivierungscontrollers 80 in eine Verbindungsanordnung 36 des Kraftstoffeinspritzventils 36 integriert. Bei einer anderen Ausführungsform ist eine oder sind mehrere Komponenten des Aktivierungscontrollers 80 in einen Körper 12 des Kraftstoffeinspritzventils 10 integriert. Bei noch einer weiteren Ausführungsform befinden sich eine oder mehrere Komponenten des Aktivierungscontrollers 80 außerhalb des Kraftstoffeinspritzventils 10 – und in direkter Nähe dazu – und sie sind mit der Verbindungsanordnung 36 über ein oder mehrere Kabel und/oder Drähte elektrisch wirksam verbunden. Die Ausdrücke ”Kabel” und ”Draht” werden hier austauschbar verwendet, um eine Übertragung von elektrischer Leistung und/oder eine Übertragung von elektrischen Signalen bereitzustellen.
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Steuerungsmodul, Modul, Steuerung, Controller, Steuerungseinheit, Prozessor und ähnliche Begriffe bezeichnen eine beliebige oder verschiedene Kombinationen aus einem oder mehreren anwendungsspezifischen integrierten Schaltungen (ASICs), elektronischen Schaltungen, zentralen Verarbeitungseinheiten (vorzugsweise Mikroprozessoren) und zugehörigem Arbeitsspeicher und Massenspeicher (Festwertspeicher, programmierbarer Festwertspeicher, Speicher mit wahlfreiem Zugriff, Festplattenlaufwerk usw.), die ein oder mehrere Software- oder Firmware-Programme oder Routinen ausführen, kombinatorischen Logikschaltungen, Eingabe/Ausgabe-Schaltungen und -Vorrichtungen, geeigneten Signalaufbereitungs- und Pufferschaltungen und andere Komponenten zum Bereitstellen der beschriebenen Funktionalität. Software, Firmware, Programme, Anweisungen, Routinen, Code, Algorithmen und ähnliche Begriffe bezeichnen beliebige Anweisungssätze mit Kalibrierungen und Nachschlagetabellen. Das Steuerungsmodul weist einen Satz von Steuerungsroutinen auf, die ausgeführt werden, um die gewünschten Funktionen bereitzustellen. Routinen werden ausgeführt, beispielsweise von einer zentralen Verarbeitungseinheit, und können betrieben werden, um Eingaben von Erfassungsvorrichtungen und anderen Netzwerksteuerungsmodulen zu überwachen und um Steuerungs- und Diagnoseroutinen zum Steuern des Betriebs von Aktoren auszuführen. Routinen können in regelmäßigen Intervallen ausgeführt werden, beispielsweise alle 3,125, 6,25, 12,5, 25 und 100 Millisekunden während eines fortlaufenden Betriebs der Kraftmaschine und des Fahrzeugs. Alternativ können Routinen in Ansprechen auf das Auftreten eines Ereignisses ausgeführt werden.
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Allgemein kann ein Anker entweder in eine betätigte Position oder in eine statische oder Ruheposition gesteuert werden. Das Kraftstoffeinspritzventil 10 kann eine beliebige geeignete diskrete Kraftstoffeinspritzvorrichtung sein, die entweder in eine offene (betätigte) Position oder eine geschlossene (statische oder ruhende) Position gesteuert werden kann. Bei einer Ausführungsform umfasst das Kraftstoffeinspritzventil 10 einen zylinderförmigen Hohlkörper 12, der eine Längsachse 101 definiert. Ein Kraftstoffeinlass 15 ist an einem ersten Ende 14 des Körpers 12 angeordnet, und eine Kraftstoffdüse 28 ist an einem zweiten Ende 16 des Körpers 12 angeordnet. Der Kraftstoffeinlass 15 ist mit einem Hochdruck-Kraftstoffverteilerrohr 30 fluidtechnisch gekoppelt, das mit einer Hochdruck-Einspritzpumpe fluidtechnisch gekoppelt ist. Eine Ventilanordnung 18 ist dem Körper 12 enthalten und umfasst ein Nadelventil 20, eine federbetätigte Düsennadel 22 und einen Ankerabschnitt 21. Das Nadelventil 20 sitzt eingreifend in der Kraftstoffdüse 28, um eine Kraftstoffströmung dort hindurch zu steuern. Obwohl die veranschaulichte Ausführungsform ein dreieckig geformtes Nadelventil 20 darstellt, können andere Ausführungsformen eine Kugel verwenden. Bei einer Ausführungsform ist der Ankerabschnitt 21 mit der Düsennadel 22 starr gekoppelt und zu einer linearen Verschiebung als Einheit zusammen mit der Düsennadel 22 und dem Nadelventil 20 in erste bzw. zweite Richtungen 81, 82 ausgestaltet. Bei einer anderen Ausführungsform kann der Ankerabschnitt 21 mit der Düsennadel 22 verschiebbar gekoppelt sein. Beispielsweise kann der Ankerabschnitt 21 in die erste Richtung 81 verschoben werden, bis er durch einen Düsennadelanschlag gestoppt wird, der an der Düsennadel 22 starr angebracht ist. Analog kann der Ankerabschnitt 21 in die zweite Richtung 82 unabhängig von der Düsennadel 22 verschoben werden, bis er einen Düsennadelanschlag kontaktiert, der an der Düsennadel 22 starr angebracht ist. Bei einem Kontakt mit dem Düsennadelanschlag, der an der Düsennadel 22 starr angebracht ist, bewirkt die Kraft des Ankerabschnitts 21, dass die Düsennadel 22 zusammen mit dem Ankerabschnitt 21 in die zweite Richtung 82 gedrückt wird. Der Ankerabschnitt 21 kann Vorsprünge zum Eingriff mit verschiedenen Anschlägen innerhalb des Kraftstoffeinspritzventils 10 enthalten.
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Eine Anordnung 24 mit einem ringförmigen Elektromagneten, die eine elektrische Spule und einen Magnetkern umfasst, ist zum magnetischen Eingriff mit dem Ankerabschnitt 21 der Ventilanordnung ausgestaltet. Die Anordnung 24 mit der elektrischen Spule und dem Magnetkern ist zu Veranschaulichungszwecken so dargestellt, dass sie sich außerhalb des Körpers des Kraftstoffeinspritzventils befindet; jedoch sind Ausführungsformen hier darauf gerichtet, dass die Anordnung 24 mit der elektrischen Spule und dem Magnetkern entweder in das Kraftstoffeinspritzventil 10 fest eingebaut oder darin integriert sind. Die elektrische Spule ist auf den Magnetkern gewickelt und enthält Anschlüsse zum Empfang von elektrischem Strom vom Einspritzventil-Treiber 50. Hier nachstehend wird die ”Anordnung mit der elektrischen Spule und dem Magnetkern” einfach als ”elektrische Spule 24” bezeichnet werden. Wenn die elektrische Spule 24 deaktiviert und nicht erregt ist, drückt die Feder 26 die Ventilanordnung 18 einschließlich des Nadelventils 20 in die erste Richtung 81 zu der Kraftstoffdüse 28 hin, um das Nadelventil 20 zu schließen und eine Kraftstoffströmung dort hindurch zu verhindern. Wenn die elektrische Spule 24 aktiviert und erregt ist, wirkt eine elektromagnetische Kraft (hier nachstehend ”Magnetkraft”) auf den Ankerabschnitt 21 ein, um die von der Feder 26 ausgeübte Federkraft zu überwinden, und drückt die Ventilanordnung 18 in die zweite Richtung 82, wodurch das Nadelventil 20 von der Kraftstoffdüse 28 weg bewegt wird und das Strömen von druckbeaufschlagtem Kraftstoff innerhalb der Ventilanordnung 18 durch die Kraftstoffdüse 28 ermöglicht wird. Das Kraftstoffeinspritzventil 10 kann eine Anhaltevorrichtung 29 umfassen, die mit der Ventilanordnung 18 interagiert, um eine Verschiebung der Ventilanordnung 18 zu stoppen, wenn diese zum Öffnen gezwungen wird. Bei einer Ausführungsform ist ein Drucksensor 32 ausgestaltet, um einen Kraftstoffdruck 34 in dem Hochdruck-Kraftstoffverteilerrohr 30 in der Nähe des Kraftstoffeinspritzventils 10, vorzugsweise stromaufwärts zu dem Kraftstoffeinspritzventil 10, zu beschaffen. Bei einer anderen Ausführungsform kann ein Drucksensor 32' in den Einlass 15 des Kraftstoffeinspritzventils integriert sein, anstelle des Drucksensors 32 im Kraftstoffverteilerrohr 30 oder in Kombination mit dem Drucksensor. In der in 1 veranschaulichten Ausführungsform ist das Kraftstoffeinspritzventil 10 nicht auf die räumliche und geometrische Anordnung der hier beschriebenen Merkmale begrenzt, und es kann zusätzliche Merkmale und/oder andere räumliche und geometrische Anordnungen umfassen, die in der Technik bekannt sind, um das Kraftstoffeinspritzventil 10 zwischen offenen und geschlossenen Positionen zu betreiben, um die Zufuhr von Kraftstoff an die Kraftmaschine 100 zu steuern.
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Das Steuerungsmodul 60 erzeugt ein Einspritzventil-Befehlssignal 52, das den Einspritzventil-Treiber 50 steuert, welcher das Kraftstoffeinspritzventil 10 in die offene Position aktiviert, um ein Kraftstoffeinspritzereignis zu bewirken. In der veranschaulichten Ausführungsform kommuniziert das Steuerungsmodul 60 mit einem oder mehreren externen Steuerungsmodulen, etwa einem Kraftmaschinensteuerungsmodul (ECM) 5; jedoch kann das Steuerungsmodul 60 bei anderen Ausführungsformen mit dem ECM zusammengebaut sein. Das Einspritzventil-Befehlssignal 52 steht in Korrelation mit einer gewünschten Kraftstoffmasse, die von dem Kraftstoffeinspritzventil 10 während des Kraftstoffeinspritzereignisses geliefert werden soll. Analog kann das Einspritzventil-Befehlssignal 52 mit einer gewünschten Kraftstoffströmungsrate in Korrelation stehen, die von dem Kraftstoffeinspritzventil 10 während des Kraftstoffeinspritzereignisses zugeführt werden soll. Bei der Verwendung hierin bezeichnet der Ausdruck ”gewünschte eingespritzte Kraftstoffmasse” die gewünschte Kraftstoffmasse, die der Kraftmaschine durch das Kraftstoffeinspritzventil 10 zugeführt werden soll. Bei der Verwendung hierin bezeichnet der Ausdruck ”gewünschte Kraftstoffströmungsrate” die Rate, mit welcher Kraftstoff der Kraftmaschine durch das Kraftstoffeinspritzventil 10 zugeführt werden soll, um die gewünschte Kraftstoffmasse zu erreichen. Die gewünschte eingespritzte Kraftstoffmasse kann auf einem oder mehreren überwachten Eingabeparametern 51 beruhen, die in das Steuerungsmodul 60 oder das ECM 5 eingegeben werden. Der eine oder die mehreren überwachten Eingabeparameter 51 können eine Bedienerdrehmomentanforderung, einen Krümmerabsolutdruck (MAP), eine Kraftmaschinendrehzahl, eine Kraftmaschinentemperatur, eine Kraftstofftemperatur und eine Umgebungstemperatur, die durch bekannte Verfahren beschafft werden, umfassen, sind aber nicht darauf beschränkt. Der Einspritzventil-Treiber 50 erzeugt ein Einspritzventil-Aktivierungssignal 75 in Ansprechen auf das Einspritzventil-Befehlssignal 52, um das Kraftstoffeinspritzventil 10 zu aktivieren. Das Einspritzventil-Aktivierungssignal 75 steuert einen Stromfluss an die elektrische Spule 24, um eine elektromagnetische Kraft in Ansprechen auf das Einspritzventil-Befehlssignal 52 zu erzeugen. Eine elektrische Leistungsquelle 40 stellt eine Quelle für elektrische DC-Leistung für den Einspritzventil-Treiber 50 bereit. Bei einigen Ausführungsformen stellt die elektrische DC-Leistungsquelle eine Niederspannung bereit, z. B. 12 V, und ein Aufwärtswandler kann verwendet werden, um eine hohe Spannung auszugeben, z. B. 24 V bis 200 V, die dem Einspritzventil-Treiber 50 zugeführt wird. Wenn die elektrische Spule 24 unter Verwendung des Einspritzventil-Aktivierungssignals 75 aktiviert wird, drückt die von dieser erzeugte elektromagnetische Kraft den Ankerabschnitt 21 in die zweite Richtung 82. Wenn der Ankerabschnitt 21 in die zweite Richtung 82 gedrückt wird, wird folglich bewirkt, dass die Ventilanordnung 18 in die zweite Richtung 82 in eine offene Position gedrückt oder verschoben wird, was ermöglicht, dass druckbeaufschlagter Kraftstoff dort hindurch strömt. Der Einspritzventil-Treiber 50 steuert das Einspritzventil-Aktivierungssignal 75 für die elektrische Spule 24 durch ein beliebiges geeignetes Verfahren, welches beispielsweise einen pulsbreitenmodulierten (PWM) Fluss von elektrischer Leistung umfasst. Der Einspritzventil-Treiber 50 ist ausgestaltet, um eine Aktivierung des Kraftstoffeinspritzventils 10 zu steuern, in dem er geeignete Einspritzventil-Aktivierungssignale 75 erzeugt. Bei Ausführungsformen, die mehrere aufeinanderfolgende Kraftstoffeinspritzereignisse für einen gegebenen Kraftmaschinenzyklus verwenden, kann ein Einspritzventil-Aktivierungssignal 75 erzeugt werden, das für jedes der Kraftstoffeinspritzereignisse innerhalb des Kraftmaschinenzyklus festgelegt ist.
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Das Einspritzventil-Aktivierungssignal 75 ist durch eine Einspritzzeitdauer und eine Stromwellenform gekennzeichnet, die einen anfänglichen Spitzenwert-Anzugsstrom und einen sekundären Haltestrom umfasst. Der anfängliche Spitzenwert-Anzugsstrom ist durch ein stetiges Hochfahren gekennzeichnet, um einen Spitzenwertstrom zu erzielen, welcher wie hier beschrieben gewählt sein kann. Der anfängliche Spitzenwert-Anzugsstrom erzeugt eine elektromagnetische Kraft, die auf den Ankerabschnitt 21 der Ventilanordnung 18 einwirkt, um die Federkraft zu überwinden und die Ventilanordnung 18 in die zweite Richtung 82 in die offene Position zu drücken, wodurch das Strömen von druckbeaufschlagtem Kraftstoff durch die Kraftstoffdüse 28 hindurch eingeleitet wird. Wenn der anfängliche Spitzenwert-Anzugsstrom erreicht ist, verringert der Einspritzventil-Treiber 50 den Strom in der elektrischen Spule 24 auf den sekundären Haltestrom. Der sekundäre Haltestrom ist durch einen in etwa stationären Strom gekennzeichnet, der niedriger als der anfängliche Spitzenwert-Anzugsstrom ist. Der sekundäre Haltestrom ist ein Stromniveau, das von dem Einspritzventil-Treiber 50 gesteuert wird, um die Ventilanordnung 18 in der offenen Position zu halten, um das Strömen von druckbeaufschlagtem Kraftstoff durch die Kraftstoffdüse 28 hindurch fortzusetzen. Der sekundäre Haltestrom wird vorzugsweise durch ein minimales Stromniveau angezeigt. Der Einspritzventil-Treiber 50 ist als bidirektionaler Stromtreiber ausgestaltet, der zum Bereitstellen eines negativen Stromflusses an die elektrische Spule 24 in der Lage ist, um daraus Strom zu entnehmen. Bei der Verwendung hierin bezeichnet der Ausdruck ”negativer Stromfluss”, dass die Richtung des Stromflusses zum Erregen der elektrischen Spule umgedreht wird. Folglich werden die Ausdrücke ”negativer Stromfluss” und ”umgedrehter Stromfluss” hier austauschbar verwendet.
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Ausführungsformen sind hier auf das Steuern des Kraftstoffeinspritzventils für mehrere Kraftstoffeinspritzereignisse gerichtet, die während eines Kraftmaschinenzyklus dicht aufeinanderfolgen. Bei der Verwendung hierin bezeichnet der Begriff ”dicht aufeinanderfolgend” eine Verweilzeit zwischen jedem aufeinanderfolgenden Kraftstoffeinspritzereignis, die kleiner als ein vorbestimmter Verweilzeit-Schwellenwert ist. Bei der Verwendung hierin bezeichnet der Ausdruck ”Verweilzeit” eine Zeitspanne zwischen dem Ende der Einspritzung des ersten Kraftstoffeinspritzereignisses (Aktorereignisses) und dem Start der Einspritzung für ein entsprechendes zweites Kraftstoffeinspritzereignis (Aktorereignis) von jedem aufeinanderfolgenden Paar von Kraftstoffeinspritzereignissen. Der Verweilzeit-Schwellenwert kann so gewählt sein, dass er eine Zeitspanne derart definiert, dass Verweilzeiten, die kleiner als der Verweilzeit-Schwellenwert sind, das Erzeugen einer Instabilität und/oder von Abweichungen bei der Größe der eingespritzten Kraftstoffmasse anzeigen, die bei jedem der Kraftstoffeinspritzereignisse zugeführt wird. Die Instabilität und/oder die Abweichungen bei der Größe der eingespritzten Kraftstoffmasse können die Reaktion auf das Vorhandensein sekundärer magnetischer Effekte sein. Die sekundären magnetischen Effekte umfassen persistente Wirbelströme und eine magnetische Hysterese innerhalb des Kraftstoffeinspritzventils und einen darauf beruhenden Restfluss. Die persistenten Wirbelströme und die magnetische Hysterese sind aufgrund von Übergängen bei anfänglichen Flusswerten zwischen den dicht aufeinanderfolgenden Kraftstoffeinspritzereignissen vorhanden. Folglich wird der Verweilzeit-Schwellenwert nicht einen beliebigen festgelegten Wert definiert und die Wahl desselben kann auf einer Kraftstofftemperatur, auf einer Temperatur des Kraftstoffeinspritzventils, auf dem Typ des Kraftstoffeinspritzventils, auf einem Kraftstoffdruck und auf Kraftstoffeigenschaften wie etwa Kraftstofftypen und Kraftstoffmischungen beruhen, ist aber nicht darauf beschränkt. Bei der Verwendung hierin bezeichnet der Ausdruck ”Fluss” einen Magnetfluss, der das Gesamtmagnetfeld angibt, das von der elektrischen Spule 24 erzeugt wird und durch den Ankerabschnitt hindurchgeht. Da die Wicklungen der elektrischen Spule 24 den Magnetfluss in den Magnetkern einkoppeln, kann dieser Fluss daher gleich der Flusskopplung gesetzt werden. Die Flusskopplung beruht außerdem auf der Flussdichte, die durch den Ankerabschnitt hindurchgeht, auf der Oberfläche des Ankerabschnitts benachbart zu dem Luftspalt, und auf der Anzahl der Wicklungen der Spule 24. Folglich werden die Ausdrücke ”Fluss”, ”Magnetfluss” und ”Flusskopplung” hier austauschbar verwendet, sofern es nicht anderweitig angegeben ist.
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Bei Kraftstoffeinspritzereignissen, die nicht dicht aufeinanderfolgen, kann unabhängig von der Verweilzeit eine festgelegte Stromwellenform für jedes Kraftstoffeinspritzereignis verwendet werden, weil das erste Kraftstoffeinspritzereignis eines aufeinanderfolgenden Paars wenig Einfluss auf die zugeführte eingespritzte Kraftstoffmasse des zweiten Kraftstoffeinspritzereignisses des aufeinanderfolgenden Paars aufweist. Jedoch kann das erste Kraftstoffeinspritzereignis dazu neigen, die zugeführte eingespritzte Kraftstoffmasse des zweiten Kraftstoffeinspritzereignisses und/oder von weiteren anschließenden Kraftstoffeinspritzereignissen zu beeinflussen, wenn das erste und zweite Kraftstoffeinspritzereignis dicht aufeinanderfolgen und eine feste Stromwellenform verwendet wird. Jedes Mal, wenn ein Kraftstoffeinspritzereignis durch ein oder mehrere vorhergehende Kraftstoffeinspritzereignisse eines Kraftmaschinenzyklus beeinflusst wird, kann die jeweilige zugeführte eingespritzte Kraftstoffmasse des entsprechenden Kraftstoffeinspritzereignisses zu einer nicht akzeptablen Wiederholbarkeit über den Verlauf von mehreren Kraftmaschinenzyklen hinweg führen, und die aufeinanderfolgenden Kraftstoffeinspritzereignisse werden als dicht aufeinanderfolgend betrachtet. Allgemeiner werden alle aufeinanderfolgenden Aktorereignisse, bei denen ein Restfluss von dem vorhergehenden Aktorereignis das Verhalten des nachfolgenden Aktorereignisses relativ zu einem Standard beeinflusst, beispielsweise relativ zu einem Verhalten in Abwesenheit des Restflusses, als dicht aufeinanderfolgend betrachtet.
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Beispielhafte Ausführungsformen sind ferner auf das Bereitstellen von Rückmeldungssignalen 42 von dem Kraftstoffeinspritzventil 10 an den Aktivierungscontroller 80 gerichtet. Wie nachstehend in größerem Detail erörtert wird, können Sensorvorrichtungen in das Kraftstoffeinspritzventil 10 integriert sein, um verschiedene Kraftstoffeinspritzventilparameter zu messen, um die Flusskopplung der elektrischen Spule 24, die Spannung der elektrischen Spule 24 und den Strom durch die elektrische Spule 24 hindurch zu beschaffen. Ein Stromsensor kann an einer Stromflussstrecke zwischen dem Aktivierungscontroller 80 und dem Kraftstoffeinspritzventil bereitgestellt sein, um den Strom zu messen, der an die elektrische Spule 24 geliefert wird, oder der Stromsensor kann in das Kraftstoffeinspritzventil 10 an der Stromflussstrecke integriert sein. Die über die Rückmeldungssignale 42 bereitgestellten Parameter des Kraftstoffeinspritzventils können die Flusskopplung, die Spannung und den Strom umfassen, die von entsprechenden Sensorvorrichtungen, die in das Kraftstoffeinspritzventil 10 eingebaut sind, direkt gemessen werden. Zusätzlich oder alternativ können die Kraftstoffeinspritzventilparameter Stellvertreter umfassen, die über die Rückmeldungssignale 42 für das Steuerungsmodul 60 bereitgestellt und von diesem verwendet werden, um die Flusskopplung, den Magnetfluss, die Spannung und den Strom innerhalb des Kraftstoffeinspritzventils 10 zu schätzen. Wenn das Steuerungsmodul 60 über eine Rückmeldung der Flusskopplung der elektrischen Spule 24, der Spannung der elektrischen Spule 24 und des Stroms, der an die elektrische Spule 24 geliefert wird, verfügt, kann es das Aktivierungssignal 75 für das Kraftstoffeinspritzventil 10 für mehrere aufeinanderfolgende Einspritzereignisse in vorteilhafter Weise modifizieren. Es versteht sich, dass herkömmliche Kraftstoffeinspritzventile, die durch einen Betrieb mit offenem Regelkreis gesteuert werden, nur auf einer gewünschten Stromwellenform beruhen, die aus Nachschlagetabellen erhalten wird, ohne irgendwelche Informationen mit Bezug auf die krafterzeugende Komponente der Flusskopplung (z. B. des Magnetflusses), die eine Bewegung des Ankerabschnitts 21 bewirkt. Als Folge sind herkömmliche Vorsteuerungs-Kraftstoffeinspritzventile, die nur den Stromfluss zum Steuern des Kraftstoffeinspritzventils berücksichtigen, anfällig für eine Instabilität bei aufeinanderfolgenden Kraftstoffeinspritzereignissen, die dicht aufeinanderfolgen.
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2 veranschaulicht ein nicht einschränkendes Beispiel einer schematischen Schnittansicht eines Kabels, das ein beispielhaftes Kraftstoffeinspritzventil und einen beispielhaften Einspritzventil-Treiber elektrisch wirksam verbindet. Das Kabel 275 kann betrieben werden, um elektrische Leistung und elektrische Signale zu übertragen. Das beispielhafte Kraftstoffeinspritzventil 210 umfasst eine Verbinderanordnung 236 mit einem oder mehreren elektrischen Verbindern, die ausgestaltet sind, um ein erstes Ende des Kabels 275 mit dem Kraftstoffeinspritzventil 210 elektrisch wirksam zu koppeln. Der Einspritzventil-Treiber 250 kann einen oder mehrere elektrische Verbinder umfassen, die ausgestaltet sind, um ein zweites Ende des Kabels 275 mit den Einspritzventil-Treiber 250 elektrisch wirksam zu koppeln. Entlang einer ersten Flussstrecke 252 des Kabels 275 kann ein Stromfluss von einer Hochspannnungs-DC-Leistungsversorgung des Einspritzventil-Treibers 250 bereitgestellt werden, um eine elektromagnetische Spule des Kraftstoffeinspritzventils 10 zum Aktivieren eines Kraftstoffeinspritzereignisses zu erregen. Eine zweite Flussstrecke 254 stellt eine Rückkehrstrecke für den Strom von der elektromagnetischen Spule bereit. Der Einspritzventil-Treiber 250 kann als unidirektionaler oder bidirektionaler Stromtreiber ausgestaltet sein. Es ist eine Stromschleife 256 veranschaulicht, die den resultierenden Stromfluss innerhalb des Kabels 275 zeigt. Zudem können Parameter des Kraftstoffeinspritzventils innerhalb des Kraftstoffeinspritzventils 210 als Rückmeldung über das Kabel 275 an den Einspritzventil-Treiber 250 geliefert werden, wobei der Einspritzventil-Treiber ein Steuerungsmodul umfasst, z. B. eine Verarbeitungsvorrichtung zum Empfangen der Rückmeldungsparameter des Kraftstoffeinspritzventils. Die Parameter des Kraftstoffeinspritzventils können eine Flusskopplung, eine Spannung und einen Strom anzeigen, die direkt von einer oder mehreren Erfassungsvorrichtungen gemessen werden, die in das Kraftstoffeinspritzventil 210 integriert sind, oder die Parameter des Kraftstoffeinspritzventils können Stellvertreter anzeigen, die von dem Einspritzventil-Treiber 250 verwendet werden, um die Flusskopplung, die Spannung und den Strom in dem Kraftstoffeinspritzventil 210 zu schätzen.
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Bei dem veranschaulichten nicht einschränkenden Beispiel von 2 müssen der Stromfluss und die Rückmeldungsparameter des Kraftstoffeinspritzventils eine lange Distanz des Kabels 275 zurücklegen, welches den externen Kraftstoffeinspritzventil-Treiber 250 mit dem Kraftstoffeinspritzventil 210 elektrisch wirksam koppelt. Der externe Kraftstoffeinspritzventil-Treiber [engl.: external fuel injector] 250 kann in das Fahrzeug in der Nähe eines oder eingebaut in ein Kraftmaschinensteuerungsmodul verpackt sein. Folglich wird während eines Betriebs des Kraftstoffeinspritzventils 210 mit hoher Geschwindigkeit, der Veränderungen bei der Spannung, die von dem Einspritzventil-Treiber 250 geliefert wird, anzeigt, das Kabel 275 als Leistungsübertragungsleitung betrieben, was ungewünschte Störungen innerhalb des Kabels 275 aufweist. Bei der Verwendung hierin umfasst der Ausdruck ”ungewünschte Störungen innerhalb des Kabels” elektrische und elektromagnetische Störungen innerhalb des Kabels 275, die sowohl den Stromfluss, der an das Kraftstoffeinspritzventil 210 geliefert wird, als auch die Genauigkeit der Rückmeldungsparameter des Kraftstoffeinspritzventils, die an den Einspritzventil-Treiber 250 geliefert werden, beeinträchtigen. Elektrische Störungen können eine parasitäre Induktivität 262, einen Abfall 264 des Widerstandswerts und eine parasitäre Kapazität 266 entlang der ersten bzw. zweiten Flussstrecke 252, 254 umfassen. Die elektrischen Störungen können ferner Verbinderstörungen an den elektrischen Verbindern des Kraftstoffeinspritzventils 210 und des Einspritzventil-Treibers 250 umfassen. Elektromagnetische Störungen können das Vorhandensein einer magnetischen Kopplung umfassen, die in dem Kabel 275 als Magnetfluss 268 angezeigt ist, welcher aus dem Vorhandensein von hochfrequenten Strömen der Stromschleife 256 resultiert. Magnetische Störungen, etwa der Magnetfluss 268, zeigen eine magnetische Kopplung an. Folglich werden Defizite naturgegeben erkannt, wenn das lange Kabel 275 verwendet wird, um das Kraftstoffeinspritzventil 210 mit dem externen Einspritzventil-Treiber 250 von 2 elektrisch wirksam zu verbinden.
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Ausführungsformen hierin sind auf das Integrieren eines Einspritzventil-Treibers in eine Verbinderanordnung eines Kraftstoffeinspritzventils gerichtet, um den Bedarf für ein Kabel zu beseitigen, welches das Kraftstoffeinspritzventil mit einem externen Einspritzventil-Treiber elektrisch wirksam verbindet, um dazwischen einen Stromfluss und Rückmeldungsparameter des Kraftstoffeinspritzventils bereitzustellen. Ausführungsformen sind ferner auf das Positionieren des externen Einspritzventil-Treibers in unmittelbarer Nähe eines Kraftstoffeinspritzventils gerichtet, wobei der externe Einspritzventil-Treiber in ein Leistungsübertragungskabel integriert ist, das den externen Einspritzventil-Treiber mit den Kraftstoffeinspritzventil elektrisch wirksam verbindet, um dessen Betrieb zu steuern. Wie ersichtlich werden wird, werden durch das Beseitigen des Bedarfs für das Kabel oder das erhebliche Verringern der Distanz des Kabels zwischen dem Kraftstoffeinspritzventil und dem Einspritzventil-Treiber die vorstehend erwähnten ungewünschten elektrischen und elektromagnetischen Störungen beseitig oder verringert, die naturgegeben sind, wenn ein langes Kabel benötigt wird, um ein Kraftstoffeinspritzventil und einen externen Einspritzventil-Treiber [engl.: external injector] elektrisch wirksam zu verbinden, wie vorstehend in dem nicht einschränkenden Beispiel von 2 beschrieben ist.
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3-1 bis 3-3 veranschaulichen eine beispielhafte Ausführungsform eines Einspritzventil-Treibers, der in eine Verbinderanordnung des Kraftstoffeinspritzventils integriert ist, um dessen Betrieb zu steuern. 3-1 veranschaulicht das Kraftstoffeinspritzventil 310, die Verbinderanordnung 336 und einen Aktivierungscontroller 380. Eine elektrische Leistungsquelle 340 stellt eine Quelle für elektrische DC-Leistung für den Aktivierungscontroller 380 über ein Leistungsübertragungskabel 375 bereit. Das Leistungsübertragungskabel 375 umfasst ferner Signaldrähte, die eine Signalkommunikation zwischen dem Aktivierungscontroller 380 und einem ECM 305 bereitstellen. Es ist festzustellen, dass zusätzliche Leistungsübertragungskabel verwendet werden können, um jeweilige andere Aktivierungscontroller und Kraftstoffeinspritzventile mit der elektrischen Leistungsquelle 340 und dem ECM 305 elektrisch wirksam zu koppeln. Das Kraftstoffeinspritzventil 310, der Aktivierungscontroller 380, die Leistungsversorgung 340 und das ECM 305 in der veranschaulichten Ausführungsform von 3-1 entsprechen gleichen Merkmalen mit gleichen Bezugszeichen, die vorstehend mit Bezug auf 1 beschrieben sind. Entsprechend werden 3-1 bis 3-3 mit Bezug auf 1 beschrieben. In der veranschaulichten Ausführungsform ist der Aktivierungscontroller 380 direkt in die Verbinderanordnung 336 integriert, so dass ein elektrischer Stromfluss direkt von dem Aktivierungscontroller 380 zum Steuern des Betriebs des Kraftstoffeinspritzventils 310 wandern kann, ohne den elektrischen und elektromagnetischen Störungen ausgesetzt zu sein, die in langen Kabeln inhärent sind, welche Leistungstreiber mit Kraftstoffeinspritzventilen elektrisch verbinden, wie vorstehend in dem nicht einschränkenden Beispiel von 2 beschrieben ist.
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3-2 veranschaulicht den Aktivierungscontroller 380, der in die Verbinderanordnung 336 von 3-1 integriert ist. Es versteht sich, dass, obwohl der Aktivierungscontroller 380 in die Verbinderanordnung 336 integriert ist, dass ECM 305 und die Leistungsquelle 340 extern zu der Verbinderanordnung 336 sind. Der Aktivierungscontroller 380 bezieht sich nur auf das Kraftstoffeinspritzventil 10. Bei Kraftmaschinen, die mehr als ein Kraftstoffeinspritzventil einsetzen, ist für jedes Kraftstoffeinspritzventil ein separater Aktivierungscontroller in die Verbinderanordnung integriert. Der Aktivierungscontroller 380 umfasst ein Steuerungsmodul 360 und einen Einspritzventil-Treiber 350. Eine Signalflussstrecke 362 stellt eine Kommunikation zwischen dem Steuerungsmodul 360 und dem Einspritzventil-Treiber 350 bereit. Zum Beispiel stellt die Signalflussstrecke 362 das Einspritzventil-Befehlssignal (z. B. das Befehlssignal 52 von 1) bereit, welches den Einspritzventil-Treiber 350 steuert, der das Kraftstoffeinspritzventil 310 aktiviert, um ein Kraftstoffeinspritzereignis zu bewirken. Das Steuerungsmodul 360 kommuniziert ferner mit dem externen ECM 305 über eine Signalflussstrecke 364 im Aktivierungscontroller 380, die in elektrischer Kommunikation mit dem Leistungsübertragungskabel 375 steht. Beispielsweise kann die Signalflussstrecke 364 überwachte Eingabeparameter (z. B. die überwachten Eingabeparameter 51 von 1) von dem ECM 305 an das Steuerungsmodul 360 bereitstellen, um das Einspritzventil-Befehlssignal zu erzeugen. Bei einigen Ausführungsformen kann die Signalflussstrecke 364 Rückmeldungsparameter des Kraftstoffeinspritzventils (z. B. das Rückmeldungssignal 42 von 1) an das ECM 305 liefern.
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Der Einspritzventil-Treiber 350 empfängt elektrische DC-Leistung von der Leistungsquelle 340 über das Leistungsübertragungskabel 375 und über eine Leistungsversorgungsflussstrecke 366. Bei einer Ausführungsform ist die Leistungsquelle 340 eine Hochspannungs-Leistungsquelle. Unter Verwendung der empfangenen elektrischen DC-Leistung kann der Einspritzventil-Treiber Einspritzventil-Aktivierungssignale (z. B. die Einspritzventil-Aktivierungssignale 75 von 1) auf der Grundlage des Einspritzventil-Befehlssignals von dem Steuerungsmodul 360 erzeugen.
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Der Einspritzventil-Treiber 350 ist ausgestaltet, um die Aktivierung des Kraftstoffeinspritzventils 10 zu steuern, indem er geeignete Einspritzventil-Aktivierungssignale erzeugt, die durch das Einspritzventilkabel 75 übermittelt werden. In der veranschaulichten Ausführungsform ist der Einspritzventil-Treiber 350 ein bidirektionaler Stromtreiber, der positive und negative Treiberströme über eine erste Stromflussstrecke 352 und eine zweite Stromflussstrecke 354 an eine elektromagnetische Spule 324 in dem Kraftstoffeinspritzventil 310 in Ansprechen auf jeweilige Einspritzventil-Aktivierungssignale liefert. Die Stromflussstrecken 352 und 354 bilden eine geschlossene Schleife; das heißt, ein positiver Strom in 352 hinein führt zu einem gleichen und entgegengesetzten (negativen) Strom in der Flussstrecke 354 und umgekehrt. Eine Signalflussstrecke 371 kann eine Spannung der ersten Stromflussstrecke 352 an das Steuerungsmodul 360 liefern, und eine Signalflussstrecke 373 kann eine Spannung der zweiten Stromflussstrecke 354 an das Steuerungsmodul 360 liefern. In einer Ausführungsform verwendet der Einspritzventil-Treiber 350 einen Betrieb mit offenem Regelkreis, um eine Aktivierung des Kraftstoffeinspritzventils 310 zu steuern, wobei die Einspritzventil-Aktivierungssignale durch genaue vorbestimmte Stromwellenformen gekennzeichnet sind. Bei einer anderen Ausführungsform verwendet der Einspritzventil-Treiber 350 einen Betrieb mit geschlossenem Regelkreis, um eine Aktivierung des Kraftstoffeinspritzventils 310 zu steuern, wobei die Einspritzventil-Aktivierungssignale auf Parametern des Kraftstoffeinspritzventils beruhen, die über die Signalflussstrecken 371 und 373 an das Steuerungsmodul 360 als Rückmeldung bereitgestellt werden. Ein gemessener Stromfluss an die Spule 324 kann über eine Signalflussstrecke 356 an das Steuerungsmodul 360 geliefert werden. Der überwachte Strom kann von einem Stromsensor an der zweiten Stromflussstrecke 354 in der veranschaulichten Ausführungsform beschafft werden. Die Parameter des Kraftstoffeinspritzventils können Werte der Flusskopplung der Spannung und des Stroms in dem Kraftstoffeinspritzventil 310 umfassen oder die Parameter des Kraftstoffeinspritzventils können Stellvertreter umfassen, die von dem Steuerungsmodul 360 verwendet werden, um die Flusskopplung, die Spannung und den Strom im Kraftstoffeinspritzventil 310 zu schätzen.
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Bei einigen Ausführungsformen ist der Einspritzventil-Treiber 50, 350 für einen vollständigen Vierquadrantenbetrieb ausgestaltet. 3-3 veranschaulicht eine beispielhafte Ausführungsform des Einspritzventil-Treibers 350 von 3-2, der zwei Schaltersätze 370 und 372 verwendet, um den Stromfluss zu steuern, der zwischen dem Einspritzventil-Treiber 350 und der elektrischen Spule 324 bereitgestellt wird. In der veranschaulichten Ausführungsform umfasst der erste Schaltersatz 370 Schaltervorrichtungen 370-1 und 370-2, und der zweite Schaltersatz 372 umfasst Schaltervorrichtungen 372-1 und 372-2. Die Schaltervorrichtungen 370-1, 370-2, 372-1 und 372-2 können Halbleiterschalter sein und können Silizium-Halbleiterschalter (SI-Halbleiterschalter) oder Halbleiterschalter mit großer Bandlücke (WBG-Halbleiterschalter) umfassen, die ein Schalten mit hoher Geschwindigkeit bei hohen Temperaturen ermöglichen. Der Vierquadrantenbetrieb des Einspritzventil-Treibers 350 steuert die Richtung eines Stromflusses in die elektrische Spule 324 hinein und aus dieser heraus auf der Grundlage eines entsprechenden Schaltzustands, der von dem Steuerungsmodul 360 bestimmt wird. Das Steuerungsmodul 360 kann einen positiven Schaltzustand, einen negativen Schaltzustand und einen Null-Schaltzustand bestimmen und den ersten und zweiten Schaltersatz 370 und 372 auf der Grundlage des bestimmten Schaltzustands zwischen offenen und geschlossenen Positionen befehlen. In dem positiven Schaltzustand werden die Schaltervorrichtungen 370-1 und 370-2 des ersten Schaltersatzes 370 in die geschlossene Position befohlen, und die Schaltervorrichtungen 372-1 und 372-2 des zweiten Schaltersatzes 372 werden in die offene Position befohlen, um einen positiven Strom in die erste Stromflussstrecke 352 hinein und aus der zweiten Stromflussstrecke 354 heraus zu steuern. Diese Schaltervorrichtungen können ferner unter Verwendung einer Pulsbreitenmodulation moduliert werden, um die Amplitude des Stroms zu steuern. In dem negativen Schaltzustand werden die Schaltervorrichtungen 370-1 und 370-2 des ersten Schaltersatzes 370 in die offene Position befohlen, und die Schaltervorrichtungen 372-1 und 372-2 des zweiten Schaltersatzes 372 werden in die geschlossene Position befohlen, um einen negativen Strom in die zweite Stromflussstrecke 354 hinein und aus der ersten Stromflussstrecke 352 heraus zu steuern. Diese Schaltervorrichtungen können ferner unter Verwendung einer Pulsbreitenmodulation moduliert werden, um die Amplitude des Stroms zu steuern. In dem Null-Schaltzustand werden alle Schaltervorrichtungen 370-1, 370-2, 372-1 und 372-2 in die offene Position befohlen, um keinen Strom in die elektromagnetische Anordnung hinein oder aus dieser heraus zu steuern. Daher kann eine bidirektionale Steuerung des Stroms durch die Spule 24 bewirkt werden.
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In einigen Ausführungsformen wird der negative Strom in die umgedrehte Richtung durch die elektrische Spule 324 hindurch für eine Zeitdauer angelegt, die ausreicht, um einen Restfluss in dem Kraftstoffeinspritzventil 310 zu verringern, nachdem ein sekundärer Haltestrom abgesenkt wurde. In anderen Ausführungsformen wird der negative Strom im Anschluss an das Absenken des sekundären Haltestroms angelegt, aber zusätzlich erst, nachdem sich das Kraftstoffeinspritzventil geschlossen hat oder der Aktor in seine statische oder Ruheposition zurückgekehrt ist. Darüber hinaus können zusätzliche Ausführungsformen umfassen, dass die Schaltersätze 370 und 372 abwechselnd zwischen offenen und geschlossenen Positionen umgeschaltet werden, um die Richtung des Stromflusses an die Spule 324 abzuwechseln, einschließlich einer Pulsbreitenmodulationssteuerung, um Stromflussprofile zu bewirken. Die Verwendung der zwei Schaltersätze 370 und 372 ermöglicht eine präzise Steuerung der Richtung und Amplitude des Stromflusses, der an die Stromflussstrecken 352 und 354 der elektrischen Spule 324 angelegt werden, für mehrere aufeinanderfolgende Kraftstoffeinspritzereignisse während eines Kraftmaschinenereignisses, indem das Vorhandensein von Wirbelströmen und einer magnetischen Hysterese in der elektrischen Spule 324 reduziert wird.
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4 veranschaulicht eine beispielhafte Ausführungsform eines Einspritzventil-Treibers, der in ein Leistungsübertragungskabel integriert ist, das den externen Einspritzventil-Treiber mit einer Verbinderanordnung eines Kraftstoffeinspritzventils elektrisch wirksam verbindet, um dessen Betrieb zu steuern. Ein Leistungsübertragungskabel 475 verbindet eine elektrische Leistungsquelle 440 elektrisch wirksam mit einem Aufwärtswandler 445, den Aufwärtswandler 445 mit einem Aktivierungscontroller 480, und den Aktivierungscontroller 480 mit der Verbinderanordnung 436 des Kraftstoffeinspritzventils 410. Das Kraftstoffeinspritzventil 410, der Aktivierungscontroller 480, die Leistungsversorgung 440, das Leistungsübertragungskabel 475 und das ECM 405 in der veranschaulichten Ausführungsform von 4 entsprechen gleichen Merkmalen mit gleichen Bezugszeichen, die vorstehend mit Bezug auf 1 beschrieben sind. Folglich wird 4 mit Bezugnahme auf 1 beschrieben. In der veranschaulichten Ausführungsform ist der Aktivierungscontroller 480 in das Leistungsübertragungskabel 475 in einer Reihe mit und in unmittelbarer Nähe der Verbinderanordnung 436 des Kraftstoffeinspritzventils 410 integriert. Folglich kann ein elektrischer Leistungsfluss eine kurze Distanz über das Leistungsübertragungskabel 475 von einem Leistungstreiber 450 des Aktivierungscontrollers 480 zurücklegen, um den Betrieb des Kraftstoffeinspritzventils 410 zu steuern, ohne den elektrischen und elektromagnetischen Störungen ausgesetzt zu sein, die bei langen Kabeln naturgegeben sind, welche Leistungstreiber mit Kraftstoffeinspritzventilen elektrisch verbinden, wie vorstehend in dem nicht einschränkenden Beispiel von 2 beschrieben ist.
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In der veranschaulichten Ausführungsform umfasst der Aufwärtswandler 445 einen DC/DC-Wandler, der betrieben werden kann, um eine Eingabequellenspannung 442 von der elektrischen Leistungsquelle 440 zu erhöhen. Damit gibt der Aufwärtswandler 445 eine erhöhte Spannung 446 aus, die an den Aktivierungscontroller 480 geliefert wird, wobei die von dem Aufwärtswandler 445 ausgegebene erhöhte Spannung 446 eine Spannungsgröße umfasst, die größer als die Spannung 442 der Eingabequelle ist, die von der elektrischen Leistungsquelle 440 bereitgestellt wird. In einer Ausführungsform ist die elektrische Leistungsquelle eine Energiespeichervorrichtung mit 12 V. Folglich ermöglicht der Aufwärtswandler 445, dass eine Hochspannung, z. B. 24 V bis 200 V, an den Aktivierungscontroller 480 geliefert wird, um das Kraftstoffeinspritzventil 410 zu aktivieren. Es versteht sich, dass ein Ausgabestrom aus dem Aufwärtswandler 445 von einem Quellenstrom aus, der in den Aufwärtswandler 445 eingegeben wird, verringert werden muss, so dass die elektrische Leistung bewahrt wird. Der Aufwärtswandler 445 kann mindestens zwei Halbleiterschalter umfassen, etwa eine Diode und einen Transistor, einen Kondensator und einen elektrischen Leiter. Normalerweise werden Filter, die aus Kondensatoren (manchmal in Kombination mit Induktivitäten) bestehen, zu der Ausgabe des Aufwärtswandlers 445 hinzugefügt, um eine Welligkeit der Ausgabespannung zu verringern. Bei einer Ausführungsform ist der Transistor ein Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET).
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Der Betrieb des Aktivierungscontrollers 480 von 4 ist im Wesentlichen identisch wie beim Aktivierungscontroller 380 von 3-1 und 3-2, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche Merkmale bezeichnen. Folglich wird der Betrieb des Aktivierungscontrollers 480 von 4, der dem Aktivierungscontroller 380 von 3-1 und 3-2 ähnelt, nicht im Detail beschrieben. Unter Verwendung der Hochspannung 446 von dem Aufwärtswandler 445 kann der Einspritzventil-Treiber 450 Einspritzventil-Aktivierungssignale (z. B. die Einspritzventil-Aktivierungssignale 75 von 1) auf der Grundlage des Einspritzventil-Befehlssignals (z. B. des Einspritzventil-Befehlssignals 52 von 1) von dem Steuerungsmodul 460 erzeugen.
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In der veranschaulichten Ausführungsform ist der Einspritzventil-Treiber 450 ein bidirektionaler Stromtreiber, der einen gesteuerten Stromfluss über die erste Stromflussstrecke 452 und die zweite Stromflussstrecke 454 an eine elektromagnetische Spule in dem Kraftstoffeinspritzventil 410 in Ansprechen auf jeweilige Einspritzventil-Aktivierungssignale liefert.
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In der veranschaulichten Ausführungsform umfasst der Einspritzventil-Treiber 450 mindestens zwei Schaltervorrichtungen, die ausgestaltet sind, um einen Stromfluss über die erste und zweite Stromflussstrecke 452 bzw. 454 und über das Leistungsübertragungskabel 475 an das Kraftstoffeinspritzventil 410 zuzulassen oder zu beschränken. In einer Ausführungsform sind die Schaltervorrichtungen innerhalb des Einspritzventil-Treibers 450 Halbleiterschalter und sie können Siliziumhalbleiterschalter (SI-Halbleiterschalter) oder Halbleiterschalter mit großer Bandlücke (WBG-Halbleiterschalter) umfassen. Auf der Grundlage des Einspritzventil-Befehlssignals von dem Steuerungsmodul 460 und dem zugehörigen Einspritzventil-Aktivierungssignal kann der Einspritzventil-Treiber 450 die Schaltervorrichtungen zwischen offenen und geschlossenen Positionen befehlen. Bei einigen Ausführungsformen wird der negative Strom zum Entnehmen von Strom aus der elektromagnetischen Spule nach einem Einspritzereignis eine Zeitdauer lang angelegt, die ausreicht, um einen Restfluss in dem Kraftstoffeinspritzventil zu verringern. Die Verwendung der mindestens zwei Schaltervorrichtungen des Einspritzventil-Treibers 450 ermöglicht eine präzise Steuerung des Stromflusses, der an die elektromagnetische Spule 424 angelegt wird, für mehrere aufeinanderfolgende Kraftstoffeinspritzereignisse während eines Kraftmaschinenereignisses, indem das Vorhandensein des Restflusses reduziert wird, der durch persistente Wirbelströme und eine magnetische Hysterese in der elektromagnetischen Spule des Kraftstoffeinspritzventils 410 verursacht wird. In einigen Ausführungsformen ist der Einspritzventil-Treiber 450 für einen vollständigen Vierquadrantenbetrieb ausgestaltet, wobei die mindestens zwei Schaltervorrichtungen zwei Schaltersätze enthalten, um den Stromfluss, der zwischen dem Einspritzventil-Treiber 450 und der elektrischen Spule 424 bereitgestellt wird, auf eine Weise zu steuern, die analog zu dem Einspritzventil-Treiber 350 ist, die vorstehend mit Bezug auf 3-3 beschrieben ist.
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Die Offenbarung hat bestimmte bevorzugte Ausführungsformen und Modifikationen dazu beschrieben. Beim Lesen und Verstehen der Beschreibung können Anderen weitere Modifikationen und Veränderungen einfallen. Es ist daher beabsichtigt, dass die Offenbarung nicht auf die speziellen offenbarten Ausführungsformen beschränkt ist, die als die beste Art betrachtet werden, um diese Offenbarung auszuführen, sondern dass die Offenbarung alle Ausführungsformen umfassen wird, die in den Umfang der beigefügten Ansprüche fallen.
