DE102016208868A1

DE102016208868A1 - Verfahren zur Ansteuerung eines Servo-Kraftstoffinjektors

Info

Publication number: DE102016208868A1
Application number: DE102016208868.8A
Authority: DE
Inventors: Joachim Leicht; Lars Olems; Eckhart Festerling; Fabian Fischer; Oezguer Tuerker
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2016-05-23
Filing date: 2016-05-23
Publication date: 2017-11-23

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ansteuerung eines Servo-Kraftstoffinjektors (100) einer Brennkraftmaschine mit einem Magnetventil als Steuerventil (10) und einer mittels Ansteuerung des Steuerventils (10) zur Freigabe einer Einspritzöffnung (25) bewegbaren Düsennadel (6), wobei zur Einspritzung einer vorgegebenen Kraftstoffmenge mittels des Servo-Kraftstoffinjektors (100) eine gepulste Ansteuerung des Steuerventils (10) mit wenigstens zwei zeitlich voneinander beabstandeten Teilansteuerungen verwendet wird, wobei mittels einer ersten der Teilansteuerungen die Düsennadel (6) über eine Sitzdrosselgrenze (∆h) der Düsennadel (6) angehoben wird, und wobei jede der nachfolgenden Teilansteuerungen vor Unterschreiten der Sitzdrosselgrenze (∆h) durch die Düsennadel (6) vorgenommen wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ansteuerung eines Servo-Kraftstoffinjektors sowie eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung.
Stand der Technik
Bei Brennkraftmaschinen mit einem sog. Common-Rail-System können Servo-Kraftstoffinjektoren mit einem Magnetventil als Steuerventil zum Einsatz kommen. In diesen Systemen erfolgt das Einspritzen von Kraftstoff durch elektrische Ansteuerung des Magnetventils, wodurch dieses entweder geöffnet oder geschlossen wird. Hierdurch stellen sich im Injektor Druckbedingungen ein, aufgrund derer eine bspw. federrückgestellte Düsennadel angehoben und damit der Einspritzvorgang eingeleitet wird. Die Düsennadel wird jedoch nicht direkt durch den Elektromagneten bzw. dessen Anker angehoben. Der Einspritzbeginn wird dabei über den Zeitpunkt, zu dem durch die Düsennadel eine Einspritzöffnung freigegeben wird, festgelegt. Die Kraftstoffzumessung erfolgt zwischen dem Förderbeginn und dem auf ein Ende der Ansteuerung folgenden Schließzeitpunkt der Düsennadel.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß werden ein Verfahren zur Ansteuerung eines Servo-Kraftstoffinjektors sowie eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient zur Ansteuerung eines Servo-Kraftstoffinjektors einer Brennkraftmaschine, der ein Magnetventil als Steuerventil und eine mittels Ansteuerung des Steuerventils zur Freigabe einer Einspritzöffnung bewegbare Düsennadel aufweist. Ein solcher Kraftstoffinjektor wird als Servo-Kraftstoffinjektor bezeichnet, da die Düsennadel, über die die Einspritzung von Kraftstoff vorgegeben wird, nicht direkt durch die Ansteuerung, also bspw. ein Anlegen von Spannung an eine Magnetspule des Magnetventils bewegt wird, sondern indirekt über eine Veränderung von Druckverhältnissen im Kraftstoffinjektor. Dabei wird ein Anker des Magnetventils bspw. angehoben, der dann eine zugehörige Durchlassöffnung freigibt. Dann kann eine sog. Steuermenge an Kraftstoff abfließen und die Düsennadel kann sich bewegen, um die Einspritzöffnung freizugeben.
Zur Einspritzung einer vorgegebenen Kraftstoffmenge mittels des Servo-Kraftstoffinjektors wird nun eine gepulste Ansteuerung des Steuerventils mit wenigstens zwei zeitlich voneinander beabstandeten Teilansteuerungen verwendet. Eine Ansteuerung des Steuer- bzw. Magnetventils kann an sich, wie erwähnt, bspw. mittels Anlegen einer geeigneten Spannung erfolgen, sodass ein Strom in der Magnetspule des Magnetventils fließt und ein Magnetfeld aufgebaut wird, wodurch der Anker angehoben wird. Die Verwendung zeitlich beabstandeter Teilansteuerungen soll nun bedeuten, dass zwischen zwei aufeinanderfolgenden solchen Teilansteuerungen für eine bestimmte Zeitdauer keine Ansteuerung erfolgt, d.h. dass bspw. keine Spannung anliegt. Mittels einer ersten der Teilansteuerungen wird dabei die Düsennadel über eine Sitzdrosselgrenze der Düsennadel angehoben und jede der nachfolgenden Teilansteuerungen wird vor Unterschreiten der Sitzdrosselgrenze durch die Düsennadel vorgenommen, so dass sich insbesondere die Düsennadel zwischen zwei aufeinanderfolgenden Teilansteuerungen derselben Einspritzung nicht schließt. Unter einer Sitzdrosselgrenze ist hierbei ein Mindesthub der Düsennadel zu verstehen, der nötig ist, um eine gewünschte Durchflussrate durch die Einspritzöffnung zu erhalten, die sich dann bei noch größerem Hub nur noch wenig ändert.
Insbesondere bei großen Brennkraftmaschinen, wie sie bspw. bei Nutzfahrzeugen oder Lastkraftwagen verwendet werden, werden in der Regel hohe Kraftstoffmengen bzw. Einspritzmengen benötigt, was bei herkömmlicher Ansteuerung zu langen Ansteuerdauern führt. Dies bedeutet, dass der Anker des Magnetventils bzw. des Steuerventils für eine verhältnismäßig lange Zeitdauer in Anschlag ist, bspw. an der Magnetspule, einem Elektromagneten, der die Magnetspule aufweist, oder an einem speziell vorgesehen Hubanschlag, bspw. einem Ring, einer Restluftspaltscheibe oder dergleichen. Dies führt zu unerwünschten Verschleißerscheinungen, insbesondere an dem Anschlag und durch Kavitationserosionen.
Im Rahmen der Erfindung wurde nun erkannt, dass durch eine gepulste Ansteuerung zur Einspritzung einer vorgegebenen Kraftstoffmenge der Anker des Magnet- bzw. Steuerventils deutlich kürzer in Anschlag ist, da zwischen zwei der Teilansteuerungen der Anker wieder abfallen bzw. sich von der Magnetspule entfernen kann und dabei nicht in Anschlag ist. Auf diese Weise wird der Verschleiß in dieser Hinsicht deutlich reduziert. Solange nun dabei die Sitzdrosselgrenze der Düsennadel während der gesamten Ansteuerdauer, nachdem sie anfangs überschritten wurde, nicht mehr unterschritten wird, kann auch gewährleistet werden, dass die Durchflussrate gegenüber einer herkömmlichen Ansteuerung kaum reduziert ist. Damit kann bei in etwa gleichbleibender, insgesamt benötigter Einspritzdauer die gleiche vorgegebene Kraftstoffmenge eingespritzt werden wie bei herkömmlicher Ansteuerung.
Wie genau die Zeitdauern bspw. der ersten der Teilansteuerungen sein muss, um die Sitzdrosselgrenze sicher zu überschreiten, kann bspw. bei einem bestimmten Servo-Kraftstoffinjektor mittels Prüfstands- bzw. Testmessungen und/oder Simulationen ermittelt werden. Ebenso kann im Rahmen solcher Testmessungen bzw. Simulationen ermittelt werden, wie weit zwei aufeinanderfolgende Teilansteuerungen zeitlich maximal voneinander beabstandet sein dürfen, sodass ein Unterschreiten der Sitzdrosselgrenze vermieden wird. Um bspw. etwaige Abweichungen der mittels der gepulsten Ansteuerung eingespritzten Kraftstoffmenge von derjenigen einer entsprechenden herkömmlichen Ansteuerung mit insgesamt gleicher Zeitdauer zu korrigieren, kann bspw. die letzte der Teilansteuerungen hinsichtlich ihres Beginns und/oder ihrer Zeitdauer angepasst werden, sodass sich ggf. eine insgesamt etwas längere Ansteuerdauer gegenüber einer herkömmlichen Ansteuerung ergibt.
Vorzugsweise wird eine gepulste Ansteuerung des Steuerventils mit wenigstens drei, insbesondere wenigstens vier, zeitlich voneinander beabstandeten Teilansteuerungen verwendet. Zwar kann bereits durch eine Verwendung zweier Teilansteuerungen die Zeitdauer, die der Anker in Anschlag ist, reduziert werden, jedoch kann diese Zeitdauer durch eine Aufteilung auf noch mehr Teilansteuerungen noch weiter reduziert werden. Die Anzahl der Teilansteuerungen kann dabei insbesondere auch in Abhängigkeit von der vorgegebenen Kraftstoffmenge gewählt werden. Es konnte bspw. gezeigt werden, dass bei einer einzuspritzenden Kraftstoffmenge von ca. 90 mm³ vier Teilansteuerungen vorteilhaft sind.
Vorteilhafterweise wird ein zeitlicher Abstand zwischen jeweils zwei Teilansteuerungen derart gewählt, dass die Düsennadel abgebremst und insbesondere deren Bewegungsrichtung umgekehrt wird. Wie groß dieser zeitliche Abstand bzw. diese Pause sein muss, um eine Abbremsung bzw. Umkehr der Düsennadel zu erreichen, kann bspw. auch im Rahmen von Testmessungen oder aber auch Simulationen ermittelt werden. Auf diese Weise kann die Düsennadel ständig in Bewegung gehalten werden. Eine Steuermenge, d.h. eine Kraftstoffmenge, die aufgrund der Betätigung des Steuerventils aus dem Servo-Kraftstoffinjektor zurück in den Kraftstoffkreislauf fließt, kann damit aufgrund der veränderten Nadelbewegung reduziert werden. Bei den erwähnten vier Teilansteuerungen bei einer Kraftstoffmenge von ca. 90 mm³ kann die Steuermenge gegenüber einer herkömmlichen Ansteuerung bspw. um ca. 10% reduziert werden.
Es ist von Vorteil, wenn ein Servo-Kraftstoffinjektor verwendet wird, der einen Hubanschlag für die Düsennadel aufweist, der während einer durchgehenden Ansteuerung zur Einspritzung der vorgegebenen Kraftstoffmenge erreichbar ist. Es handelt sich dabei um einen sog. Servo-Kraftstoffinjektor mit nichtballistischer Düsennadel. Ein solcher Hubanschlag kann sich bspw. aus konstruktiven Gegebenheiten des Servo-Kraftstoffinjektors ergeben. Bei der erwähnten durchgehenden Ansteuerung kann es sich bspw. um eine vergleichbare herkömmliche Ansteuerung, d.h. keine gepulste Ansteuerung, handeln, bei der aufgrund der langen Ansteuerdauer die Düsennadel sich tatsächlich bis zu dem Hubanschlag bewegen würde. Hier ist das vorgeschlagene Verfahren insbesondere dann vorteilhaft, wenn bspw. wenigstens die erste der Teilansteuerungen derart vorgenommen wird, dass die Düsennadel den Hubschlag nicht erreicht, da bei einer herkömmlichen Ansteuerung nach Erreichen des Hubanschlags durch die Düsennadel weiterhin Kraftstoff als Steuermenge abgeführt werden müsste, ohne dass sich die Durchflussrate erhöhen würde, da die Düsennadel in Hubanschlag ist. Bei der gepulsten Ansteuerung hingegen kann auch bei reduzierter Steuermenge die Durchflussrate in etwa konstant gehalten werden. Bei den erwähnten vier Teilansteuerungen bei einer Kraftstoffmenge von ca. 90 mm³ kann die Steuermenge bei einem Servo-Kraftstoffinjektor mit Hubanschlag für die Düsennadel gegenüber einer herkömmlichen Ansteuerung bspw. um ca. 30% reduziert werden. Es versteht sich, dass auch weitere, bspw. auch alle, Teilansteuerungen auf diese Weise, d.h. ohne Erreichen des Hubanschlags durch die Düsennadel, vorgenommen werden können. Die entsprechenden Teilansteuerungen sollten dann bzgl. ihrer jeweiligen Zeitdauer entsprechend gewählt werden, was bspw. im Rahmen von Testmessungen und/oder Simulationen ermittelt werden kann.
Vorzugsweise wird eine letzte der Teilansteuerungen derart vorgenommen, dass die Düsennadel den Hubschlag erreicht. Auf diese Weise können zum einen die erwähnten Vorteile aufgrund des nicht erreichten Hubanschlags zumindest währen der anfänglichen Teilansteuerungen erreicht werden. Zum anderen können aber auch die Vorteile des Hubanschlags erreicht werden, nämlich dass durch Erreichen des Hubanschlags zumindest gegen Ende der gesamten Ansteuerdauer eine Streuung der eingespritzten Kraftstoffmenge zwischen einzelnen Ansteuerungen deutlich reduziert werden kann, da durch den Hubanschlag ein besser definiertes Einspritzende erreicht wird.
Alternativ kann jedoch auch ein Servo-Kraftstoffinjektor verwendet werden, der keinen Hubanschlag für die Düsennadel aufweist, der während der Ansteuerung zur Einspritzung der vorgegebenen Kraftstoffmenge erreichbar ist. Bei einem solchen Servo-Kraftstoffinjektor (mit ballistischer Düsennadel) muss nicht darauf geachtet werden, ob bzw. dass ein Hubanschlag durch die Düsennadel erreicht wird, d.h. die Zeitdauern der einzelnen Teilansteuerungen können bspw. auch länger gewählt werden.
Eine erfindungsgemäße Recheneinheit, z.B. ein Steuergerät eines Kraftfahrzeugs, ist, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.
Auch die Implementierung des Verfahrens in Form eines Computerprogramms ist vorteilhaft, da dies besonders geringe Kosten verursacht, insbesondere wenn ein ausführendes Steuergerät noch für weitere Aufgaben genutzt wird und daher ohnehin vorhanden ist. Geeignete Datenträger zur Bereitstellung des Computerprogramms sind insbesondere magnetische, optische und elektrische Speicher, wie z.B. Festplatten, Flash-Speicher, EEPROMs, DVDs u.a.m. Auch ein Download eines Programms über Computernetze (Internet, Intranet usw.) ist möglich.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1a zeigt einen Ausschnitt eines mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer bevorzugten Ausführungsform betreibbaren Servo-Kraftstoffinjektor.
1b zeigt einen Ausschnitt eines mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform betreibbaren weiteren Servo-Kraftstoffinjektor.
2a und 2b zeigen Ventilhübe bei erfindungsgemäßen Verfahren in verschiedenen bevorzugten Ausführungsformen.
3a und 3b zeigen Düsennadelhübe bei erfindungsgemäßen Verfahren in verschiedenen bevorzugten Ausführungsformen.
4 zeigt Stromverläufe bei erfindungsgemäßen Verfahren in verschiedenen bevorzugten Ausführungsformen.
5 zeigt Düsennadelhübe bei erfindungsgemäßen Verfahren in verschiedenen bevorzugten Ausführungsformen.
6 zeigt Stromverläufe bei erfindungsgemäßen Verfahren in verschiedenen bevorzugten Ausführungsformen.
Ausführungsform(en) der Erfindung
In 1a ist beispielhaft ein Ausschnitt eines Servo-Kraftstoffinjektors 100 dargestellt, bei dem ein erfindungsgemäßes Verfahren durchgeführt werden kann. Dabei sind innerhalb eines Injektorkörpers 1 ein Hochdruckraum 2 sowie ein Niederdruckraum 3 angeordnet. Diese beiden Räume sind voneinander durch ein Ventilstück 4 getrennt. Der Hochdruckraum 2 kommuniziert über einen Zulaufkanal 5 mit einer nicht dargestellten Hochdruckquelle für Kraftstoff, in der Regel ein sog. Common Rail. Der Niederdruckraum 3 ist über eine Rücklaufleitung 21 oder dergleichen mit einem Kraftstofftank oder dergleichen verbunden.
Der Hochdruckraum 2 ist über eine Einspritzöffnung 25 (es können auch mehrere Einspritzöffnungen vorgesehen sein) mit einem Brennraum einer ebenfalls nicht dargestellten Brennkraftmaschine verbindbar. Die Einspritzöffnung 25 wird in bekannter Weise mittels einer Düsennadel 6 gesteuert. Mit ∆h ist hierbei eine Sitzdrosselgrenze bzw. ein Mindesthub der Düsennadel 6 bezeichnet, der nötig ist, um eine gewünschte Durchflussrate an Kraftstoff zu erreichen.
Die Düsennadel 6 ist verdrängerwirksam in einem im Ventilstück 4 angeordneten Steuerraum 7 angeordnet. Dieser Steuerraum 7 kommuniziert über eine Zulaufdrossel 8 mit dem Hochdruckraum 2 und über einen vorzugsweise gedrosselten Ablaufkanal 9 mit dem Niederdruckraum 3, wobei der Ablaufkanal 9 mittels eines Magnetventils 10 als Steuerventil gesteuert wird.
Wenn der Ablaufkanal mittels des Steuerventils 10 abgesperrt wird und die Düsennadel 6 sich in ihrer Schließlage befindet, stellt sich im Steuerraum 7 der gleiche Hochdruck wie im Hochdruckraum 2 ein, mit der Folge, dass die Düsennadel 6 in 1 nach abwärts gepresst und damit in der die Einspritzöffnung 25 absperrenden Schließlage gehalten wird. Wird der Ablaufkanal 9 mittels des Steuerventils 10 geöffnet, stellt sich im Steuerraum 7 ein gegenüber dem Hochdruck im Hochdruckraum 2 verminderter Druck ein, und die Düsennadel 6 verschiebt sich in 1 in Aufwärtsrichtung, das heißt, die Düsennadel 6 wird in deren Offenlage gestellt, so dass Kraftstoff durch die Einspritzöffnung 25 in den Brennraum eingespritzt wird.
Das Steuerventil 10 besitzt einen hülsenförmigen Schließkörper 11, der von einer Schließfeder 12, die als Schraubendruckfeder ausgebildet ist, gegen einen zur Auslassmündung des Ablaufkanals 9 konzentrischen Sitz gespannt wird. Im Beispiel der 1 ist der Sitz als Planfläche ausgebildet, auf der der hülsenförmige Schließkörper 11 mit einer linienförmigen Ringkante aufsitzt. Grundsätzlich kann jedoch auch ein anders geformter Sitz vorgesehen sein.
Der hülsenförmige Schließkörper 11 ist auf einer zur Längsachse 100 des Injektorkörpers 1 gleichachsigen Führungsstange 13 axial verschiebbar geführt, wobei der Ringspalt zwischen dem Innenumfang des Schließkörpers 11 und dem Außenumfang der Führungsstange 13 als praktisch leckagefreier Drossel- bzw. Dichtspalt ausgebildet ist. Wenn der Schließkörper 11 die in 1 dargestellte Schließlage einnimmt, wird der innerhalb des Schließkörpers 11 gebildete Druckraum 14, welcher über den Ablaufkanal 9 mit dem Steuerraum 7 kommuniziert und dann dementsprechend gleichen Fluiddruck wie der Steuerraum 7 aufweist, gegenüber dem Niederdruckraum 3 abgesperrt.
Der Schließkörper 11 ist hier Teil eines Ankers 15 einer Elektromagnetanordnung 16, die als Aktor zur Betätigung des Steuerventils 10 vorgesehen ist. Diese Elektromagnetanordnung 16 besitzt in bekannter Weise eine Magnetspule 17, die innerhalb einer zur Führungsstange 13 konzentrischen Elektromagnetanordnung mit einem ringförmigen Außenpol 18 und einem ringförmigen Innenpol 19 angeordnet ist. Wird die Magnetspule 17 durch Anlegen einer Spannung U angesteuert bzw. mit einem Strom I bestromt, wird der Anker 15 von den Polen 18 und 19 magnetisch angezogen, so dass der Schließkörper 11 gegen die Kraft der Schließfeder 12 von seinem Sitz abgehoben und das Steuerventil 10 geöffnet wird.
Während der geschlossenen Phase der Düsennadel 6, d.h. bei geschlossener Einspritzöffnung 25, ist das Steuerventil 10 geschlossen, und im Druckraum 14 sowie im Steuerraum 7 liegen gleiche Fluiddrücke vor. Unmittelbar vor dem Schließzeitpunkt der Düsennadel 6 sinkt der Druck im Steuerraum 7 wegen des zu diesem Zeitpunkt geringen Drucks unter dem Düsensitz der Düsennadel 6 und der damit einhergehenden Schließbewegung der Düsennadel 6 unter den Hochdruck im Zulaufkanal 5 ab. Unmittelbar nach dem Schließen der Düsennadel 6 kommt es wegen der nun stillstehenden Düsennadel 6 zu einem steilen Anstieg des Drucks im Steuerraum 7, wobei der Steuerraumdruck auf den Druck im Zulaufkanal 5 ansteigt.
In 1b ist ein Ausschnitt eines weiteren Servo-Kraftstoffinjektors, mit dem ein erfindungsgemäßes Verfahren in einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform durchführbar ist, gezeigt. Hierzu ist der in 1a mit A bezeichnete Ausschnitt erneut gezeigt.
Im Vergleich zu dem Servo-Kraftstoffinjektor in 1a ist hier nun jedoch ein Hubanschlag 26 für die Düsennadel 6 vorgesehen. Dies bedeutet, dass die Düsennadel des in 1b gezeigten Servo-Kraftstoffinjektors, wenn sie aufgrund geeigneter Ansteuerung des Steuerventils angehoben wird, an dem Hubanschlag 26 in Anschlag gehen kann.
Bei dem in 1a gezeigten Servo-Kraftstoffinjektor hingegen geht die Düsennadel selbst bei langer, durchgehender Ansteuerdauer nicht an Anschlag, da kein Hubanschlag vorgesehen ist.
In 2a ist ein schematischer Verlauf eines Ventilhubs h_V, d.h. eines Hubs eines Ankers eines Steuerventils, bei einem erfindungsgemäßen Verfahren in einer bevorzugten Ausführungsform im Vergleich zu einem Ventilhub bei herkömmlicher Ansteuerung gezeigt, jeweils über der Zeit t. Als Steuerventil kann hier bspw. das in 1a gezeigte Steuerventil verwendet werden.
Der Verlauf V₁ entspricht einem Verlauf des Ventilhubs bei herkömmlicher Ansteuerung, d.h. bei durchgehender Ansteuerung bzw. durchgehendem Anlegen einer Spannung an die Magnetspule für die Kraftstoffeinspritzung. Im Vergleich dazu ergibt sich bei Verwendung von zwei, zeitlich voneinander beabstandeten Teilansteuerungen der schematische Verlauf V₂. Hierzu sei angemerkt, dass die beiden Teilansteuerungen derart zeitlich voneinander beabstandet sind, dass der Anker, sobald er vollständig abgefallen ist, gleich wieder angehoben wird.
Dabei ist zu sehen, dass – im Vergleich zum Verlauf V₁ – der Anker eine insgesamt deutlich kürzere Zeitdauer lang den höchsten Wert einnimmt, d.h. in Anschlag ist.
In 2b ist ebenfalls der schematische Verlauf V₁ gezeigt und zudem ein weiterer schematischer Verlauf V'₂ mit zwei Teilansteuerungen. Im Vergleich zum Verlauf V₂ sind die beiden Teilansteuerungen zeitlich weiter voneinander beabstandet, so dass sich der Anker zwischendurch für eine bestimmte Zeitdauer lang in Schließposition befindet.
In 3a ist schematisch ein Verlauf eines Düsennadelhubs h_V, d.h. eines Hubs einer Düsennadel eines Servo-Kraftstoffinjektors, bei einem erfindungsgemäßen Verfahren in einer bevorzugten Ausführungsform im Vergleich zu einem Düsennadelhub bei herkömmlicher Ansteuerung gezeigt, jeweils über der Zeit t. Als Servo-Kraftstoffinjektor kann hier bspw. der in 1a gezeigte Servo-Kraftstoffinjektor verwendet werden.
Der schematische Verlauf N₁ entspricht einem Verlauf des Düsennadelhubs bei herkömmlicher Ansteuerung, d.h. bei durchgehender Ansteuerung bzw. durchgehendem Anlegen einer Spannung an die Magnetspule für die Kraftstoffeinspritzung. Im Vergleich dazu ergibt sich bei Verwendung von drei, zeitlich voneinander beabstandeten Teilansteuerungen der schematische Verlauf N₃.
Dabei ist zu sehen, dass durch die erste Teilansteuerung die Düsennadel zunächst über die Sitzdrosselgrenze ∆h angehoben wird und mittels der beiden nachfolgenden Teilansteuerungen jeweils über der Sitzdrosselgrenze gehalten wird.
Dabei ist weiterhin zu sehen, dass – im Vergleich zum Verlauf N₁ – die Düsennadel weniger stark angehoben wird, aber dennoch immer über der Sitzdrosselgrenze bleibt, wodurch die insgesamt eingebrachte Kraftstoffmenge bei gleicher, gesamter Zeitdauer der Ansteuerung nahezu gleich bleibt.
In 3b ist schematisch ein Verlauf N'₁ gezeigt, der im Wesentlichen dem Verlauf N₁ gemäß 3a entspricht, jedoch dauert hier die Ansteuerung etwas länger, sodass die Düsennadel für eine kurze Zeitdauer lang eine gewisse Höchstposition erreicht und diese beim Umdrehen der Bewegungsrichtung als eine Art Schwebezustand hält, ohne jedoch in Anschlag zu gehen.
Weiterhin ist schematisch ein Verlauf N'₃ mit drei Teilansteuerungen zu sehen, ähnlich dem Verlauf N₃ gemäß 3a, jedoch mit dem Unterschied, dass hier die Düsennadel nach Erreichen einer oberen oder unteren Position – jedoch jeweils über der Sitzdrosselgrenze – kurze Zeit in dieser Position verbleibt, d.h. die Düsennadel wird abgebremst, hält an und kehrt dann um. Dies kann durch geeignet gewählte Teilansteuerungen erreicht werden. Der Schwebezustand wird damit öfter erreicht als bei der herkömmlichen Ansteuerung gemäß Verlauf N'₁.
Der zwischen den Verläufen N'₁ und N'₃ gezeigte, jedoch nicht näher bezeichnete, Verlauf entspricht einem hypothetischen Verlauf, der entstünde, wenn die Düsennadel beim Verlauf N'₃ nicht mehrmals zwischendurch ihre Bewegungsrichtung umkehren würde. Dies gibt dabei die insgesamt beim Verlauf N'₃ verbrauchte Steuermenge wieder. Dabei ist zu sehen, dass, aufgrund des damit insgesamt längeren Schwebezustands, weniger Steuermenge verbraucht wird als bei dem Verlauf N'₁. Die eingesparte Steuermenge entspricht dabei dem schraffierten Bereich an der Spitze des Verlaufs N'₁.
In 4 sind schematisch Stromverläufe bei erfindungsgemäßen Verfahren in verschiedenen bevorzugten Ausführungsformen und als Vergleich bei herkömmlicher Ansteuerung eines Servo-Kraftstoffinjektors gezeigt. Hierzu ist der Strom I gegen die Zeit t aufgetragen.
Der Verlauf I₁ entspricht einer herkömmlichen Ansteuerung, der bspw. die in den 2a und 3a gezeigten Verläufe V₁ und N₁ von Anker und Düsennadel entsprechen. Der Verlauf I₁ weist dabei zunächst eine sog. Boostphase mit initial sehr hohem Strom auf, um den Anker anzuheben. Danach schließen sich eine Anziehphase mit mittlerem Strom, um den Anker vollständig bis zum Anschlag anzuheben, und eine Haltephase mit niedrigerem Strom, um den Anker bis zum Ansteuerende in Anschlag, d.h. angehoben zu halten.
Mit den Verläufen I₂, I₃ und I₄ sind nun Ansteuerungen mit zwei, drei bzw. vier Teilansteuerungen gezeigt. Dabei ist zu sehen, dass die jeweils erste Teilansteuerung länger dauert als die jeweils folgenden Teilansteuerungen. Damit wird erreicht, dass die Düsennadel die Sitzdrosselgrenze überschreitet. Je mehr Teilansteuerungen nach der ersten Teilansteuerung verwendet werden, desto kürzer können dann auch diese jeweils nachfolgenden Teilansteuerungen sein.
In 5 sind nun Düsennadelhübe h_N bei erfindungsgemäßen Verfahren in verschiedenen bevorzugten Ausführungsformen gezeigt, jeweils über der Zeit t. Hierbei kann ein Servo-Kraftstoffinjektor, wie er bspw. in 1b gezeigt ist, verwendet werden, d.h. es ist ein Hubanschlag für die Düsennadel vorgesehen.
Der Verlauf N''₁ entspricht dabei einem Verlauf des Düsennadelhubs bei herkömmlicher Ansteuerung, d.h. bei durchgehender Ansteuerung bzw. durchgehendem Anlegen einer Spannung an die Magnetspule für die Kraftstoffeinspritzung. An der langen Zeitdauer, in welcher die Düsennadel eine Maximalposition hält, ist zu erkennen, dass ein Hubanschlag für die Düsennadel vorhanden ist. Während dieser Zeitdauer wird jedoch weiterhin eine gewisse Steuermenge verbraucht, ohne jedoch den Hub der Düsennadel zu verändern.
Im Vergleich dazu ergibt sich bei Verwendung von vier, zeitlich voneinander beabstandeten Teilansteuerungen der Verlauf N''₄. Auch hier wird mit der ersten Teilansteuerung die Sitzdrosselgrenze überschritten und die Düsennadel wird mit den weiteren Teilansteuerungen über der Sitzdrosselgrenze gehalten. Im Vergleich zu den in den 3a und 3b gezeigt Fällen (Servo-Kraftstoffinjektor ohne Hubanschlag für die Düsennadel) sollte hier nun darauf geachtet werden, dass die Düsennadel den Hubanschlag nicht erreicht. Am Verlauf N''₄ ist dies daran zu erkennen, dass der Düsennadelhub immer geringer als beim Verlauf N''₁ ist. Dies kann bspw. durch geeignet gewählte Teilansteuerungen erreicht werden.
Weiterhin ist nun ein Verlauf N''₃ mit drei Teilansteuerungen gezeigt. Während mit der ersten Teilansteuerung die Sitzdrosselgrenze überschritten wird und mit der zweiten Teilansteuerung der Hubanschlag der Düsennadel nicht erreicht wird, wird mit der dritten Teilansteuerung der Hubanschlag der Düsennadel erreicht. Das Ende des Verlaufs N''₃ entspricht damit demjenigen des Verlaufs N''₁.
Auf diese Weise kann zum einen anfangs Steuermenge eingespart werden und zum anderen gegen Ende gezielt der Hubanschlag erreicht werden, um zugleich den Vorteil des Hubanschlags, nämlich die geringe Streuung der Kraftstoffmenge, zu erreichen.
In 6 sind Stromverläufe bei erfindungsgemäßen Verfahren in verschiedenen bevorzugten Ausführungsformen und als Vergleich bei herkömmlicher Ansteuerung eines Servo-Kraftstoffinjektors gezeigt. Hierzu ist der Strom I gegen die Zeit t aufgetragen.
Der Verlauf I''₁ entspricht einer herkömmlichen Ansteuerung, der bspw. der in 4 gezeigte Verlauf N''₁ der Düsennadel entspricht. Der Verlauf I''₁ weist dabei zunächst eine sog. Boostphase mit initial sehr hohem Strom auf, um den Anker anzuheben. Danach schließen sich eine Anziehphase mit mittlerem Strom, um den Anker vollständig bis zum Anschlag anzuheben, und eine Haltephase mit niedrigerem Strom, um den Anker bis zum Ansteuerende in Anschlag, d.h. angehoben zu halten.
Mit den Verläufen I''₃ und I''₄ sind nun Ansteuerungen mit drei bzw. vier Teilansteuerungen gezeigt, die den in 5 gezeigten Verläufen N''₃ bzw. N''₄ des Düsennadelhubs entsprechen. Dabei ist zu sehen, dass die jeweils erste Teilansteuerung länger dauert als die jeweils folgenden Teilansteuerungen. Damit wird erreicht, dass die Düsennadel die Sitzdrosselgrenze überschreitet. Beim Verlauf I''₃ ist auch zu sehen, dass die letzte Teilansteuerung länger dauert, um den Hubanschlag der Düsennadel, wie auch in 5 zu sehen, zu erreichen.

Claims

Verfahren zur Ansteuerung eines Servo-Kraftstoffinjektors (100) einer Brennkraftmaschine mit einem Magnetventil als Steuerventil (10) und einer mittels Ansteuerung des Steuerventils (10) zur Freigabe einer Einspritzöffnung (25) bewegbaren Düsennadel (6), wobei zur Einspritzung einer vorgegebenen Kraftstoffmenge mittels des Servo-Kraftstoffinjektors (100) eine gepulste Ansteuerung des Steuerventils (10) mit wenigstens zwei zeitlich voneinander beabstandeten Teilansteuerungen verwendet wird, wobei mittels einer ersten der Teilansteuerungen die Düsennadel (6) über eine Sitzdrosselgrenze (∆h) der Düsennadel (6) angehoben wird, und wobei jede der nachfolgenden Teilansteuerungen vor Unterschreiten der Sitzdrosselgrenze (∆h) durch die Düsennadel (6) vorgenommen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei eine gepulste Ansteuerung des Steuerventils (10) mit wenigstens drei, insbesondere wenigstens vier, zeitlich voneinander beabstandeten Teilansteuerungen verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein zeitlicher Abstand zwischen jeweils zwei Teilansteuerungen derart gewählt wird, dass die Düsennadel (6) abgebremst und insbesondere deren Bewegungsrichtung umgekehrt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Servo-Kraftstoffinjektor (100) einen Hubanschlag (26) für die Düsennadel (6) aufweist, der während einer durchgehenden Ansteuerung zur Einspritzung der vorgegebenen Kraftstoffmenge erreichbar ist.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei wenigstens die erste der Teilansteuerungen derart vorgenommen wird, dass die Düsennadel (6) den Hubschlag (26) nicht erreicht.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, wobei eine letzte der Teilansteuerungen derart vorgenommen wird, dass die Düsennadel (6) den Hubschlag (26) erreicht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Servo-Kraftstoffinjektor keinen Hubanschlag für die Düsennadel (6) aufweist, der während der Ansteuerung zur Einspritzung der vorgegebenen Kraftstoffmenge erreichbar ist.
Recheneinheit (150), die dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche durchzuführen.
Computerprogramm, das eine Recheneinheit (150) dazu veranlasst, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 durchzuführen, wenn es auf der Recheneinheit (150) ausgeführt wird.
Maschinenlesbares Speichermedium mit einem darauf gespeicherten Computerprogramm nach Anspruch 9.