DE102017215017A1 - Verfahren und Einrichtung zum Betreiben eines elektromagnetisch betätigten Ventils eines Kraftstoffeinspritzers - Google Patents

Verfahren und Einrichtung zum Betreiben eines elektromagnetisch betätigten Ventils eines Kraftstoffeinspritzers Download PDF

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Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Einrichtung zum Betreiben eines elektromagnetisch betätigten Ventils eines Kraftstoffeinspritzers, wobei das elektromagnetische Ventil ein Ventilelement, das zwischen einer geschlossenen Position und einer offenen Position bewegbar ist, und einen elektromagnetischen Aktor, der dazu ausgelegt ist, eine Bewegung des Ventilelements zu betätigen, enthält, wobei das Verfahren umfasst: Anlegen eines ersten Spannungswerts durch eine aktive Spannungssteuerung während einer ersten Zeitspanne und Ausschalten des ersten Spannungswerts nach der ersten Zeitspanne, Anlegen eines zweiten Spannungswerts, der kleiner oder gleich dem ersten Spannungswert ist, während einer zweiten Zeitspanne und Ausschalten des zweiten Spannungswerts nach der zweiten Zeitspanne, und/oder Ermöglichen, dass eine induzierte Spannung in dem elektromagnetischen Aktor durch eine passive Spannungssteuerung während einer dritten Zeitspanne abnimmt; wobei die Dauer der ersten Zeitspanne, die Dauer der zweiten Zeitspanne und/oder die Dauer der dritten Zeitspanne gemäß einer gewünschten eingespritzten Kraftstoffmenge bestimmt werden.

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betreiben eines elektromagnetisch betätigten Ventils eines Kraftstoffeinspritzers (einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung) und eine Einrichtung (Controller/Steuervorrichtung) zum Betreiben eines elektromagnetisch betätigten Ventils des Kraftstoffeinspritzers. Ferner betrifft die vorliegende Offenbarung ein Computerprogrammprodukt, das einen Controller (eine Steuervorrichtung) oder einen Prozessor zum Betreiben eines elektromagnetisch betätigten Ventils eines Kraftstoffeinspritzers (Kraftstoffeinspritzvorrichtung) betreibt.
  • Hintergrund
  • Derzeit durchläuft die Automobilindustrie im Zuge von Megatrends wie Digitalisierung (geteilte Mobilität, autonomes Fahren, Vernetzung, aber auch kürzere Entwicklungszyklen unter Verwendung von fortgeschrittenen virtuellen Werkzeugen), Nachhaltigkeit (Emissionsgesetzgebung, alternative Antriebslösungen einschließlich Hybridisierung und Elektrifizierung des Antriebsstrangs) und Globalisierung (Entwicklungsmärkte, weitere Urbanisierung) sich beschleunigende Veränderungen.
  • Es wird jedoch allgemein angenommen, dass ein Großteil der Antriebssysteme für die individuelle Mobilität noch bis über das Jahr 2030 hinaus auf Brennkraftmaschinen angewiesen sein wird. Insbesondere das Marktsegment Benzindirekteinspritzungs-Kraftmaschinen (GDI-Kraftmaschinen) wird voraussichtlich weiter wachsen, da diese Technologie einen attraktiven Mittelweg zwischen Leistungsvermögen und Kosten darstellt. Daher besteht der allgemeine Wunsch oder Bedarf, mit technischen Verbesserungen den Wirkungsgrad von GDI-Brennkraftmaschinen weiter zu erhöhen und schädliche Emissionen zu reduzieren. Ein offensichtlicher Schwerpunkt ist das Hochdruck-Kraftstoffversorgungssystem einschließlich der notwendigen Algorithmen für dessen Betrieb, die in der elektronischen Steuereinheit (beispielsweise einer Kraftmaschinensteuereinheit oder ECU) implementiert sind.
  • Derzeit wichtige Anforderungen an das Kraftstoffversorgungssystem und insbesondere an die Einspritzventilkomponente sind die präzise Einspritzung von kleinen Einspritzmengen (beispielsweise manchmal weniger als 15 mg oder sogar weniger als 10 mg oder 7 mg Kraftstoff pro Einspritzpuls bis hinunter zu Mengen von 4 bis 5 mg Kraftstoff pro Einspritzpuls) für einen Katalysatoraufwärmbetrieb, für einen Betrieb mit eng beabstandeten Mehrfacheinspritzungen für fortschrittliche Verbrennungskonzepte wie eine magere Verbrennung und eine Verringerung der Geräuschemissionen im Leerlaufbetrieb.
  • Jüngste und zukünftige strengere Emissionsvorschriften z. B. für CO2 oder PN6 werden zusammen mit modifizierten Fahrprüfzyklen weiter Innovationsdruck auf die Hersteller von Brennkraftmaschinen ausüben, was z. B. zu einer Verwendung von fortschrittlicheren Verbrennungskonzepten und dadurch einem weiteren Anstieg der Leistungsanforderungen an das Kraftstoffversorgungssystem und den Einspritzer führt.
  • Bei den meisten bisher im Stand der Technik verwendeten Techniken zum Steuern eines Kraftstoffeinspritzpulses eines Kraftstoffeinspritzers in einem Kraftstoffversorgungssystem während eines jeweiligen Einspritzzyklus wird ein Stromstärkewert des Ansteuerstroms, der an einen elektromagnetischen Aktor (z. B. einen Elektromagneten oder einen anderen Typ von elektromagnetischem Aktor) des elektromagnetisch betätigten Ventils des Kraftstoffeinspritzers geliefert wird, typischerweise auf der Basis eines gewünschten Stromprofils (Zielstromprofils, auch als Stromwellenform bezeichnet) gesteuert.
  • Ein solches allgemein bekanntes Stromprofil bzw. eine solche Stromwellenform enthält typischerweise eine erste Phase (auch als „Hochsetzphase“ bezeichnet), während der die Ansteuerstromstärke durch Anlegen einer hohen Spannung (im Allgemeinen als „Hochspannung“ oder „Hochsetzspannung“ bezeichnet) auf der Basis eines vorbestimmten Ziel-Stromspitzenwerts schnell erhöht wird. Das heißt, die Hochspannung (Hochsetzspannung) wird angelegt, um den elektromagnetischen Aktor schnell zu erregen und den durch den Elektromagnet (den elektromagnetischen Aktor) laufenden Ansteuerstrom schnell zu erhöhen, bis die Ansteuerstromstärke den gewünschten Ziel-Stromspitzenwert erreicht, und die angelegte Spannung wird dann abgeschaltet, so dass die Ansteuerstromstärke wieder abnimmt, um ein zu kräftiges Öffnen des Ventils des Kraftstoffeinspritzers zu vermeiden, um zu starke Geräusche und Vibrationen zu vermeiden.
  • Ein solches allgemein bekanntes Stromprofil bzw. eine solche Stromwellenform enthält typischerweise ferner eine oder mehrere Stromhaltephasen (oder Stromregelphasen), in denen die Ansteuerstromstärke z. B. unter Verwendung eines Stromreglers basierend auf einem oder mehreren jeweiligen vorbestimmten Ziel-Haltestromwerten geregelt wird. Das heißt, in jeder der einen oder mehreren Stromhaltephasen wird die Ansteuerstromstärke durch den Elektromagneten (elektromagnetischen Aktor) gesteuert (oder eher geregelt, z. B. basierend auf einer Stromsteuerung mit geschlossener Schleife), damit sie auf dem jeweiligen vorbestimmten Ziel-Haltestromwert gehalten wird. Wenn beispielsweise der Ventilkörper des Kraftstoffeinspritzers geöffnet ist und in der vollständig geöffneten Position positioniert ist (beispielsweise einen Anschlag berührt, der die vollständig geöffnete Position definiert), ist typischerweise eine geringere Kraft erforderlich, um den Ventilkörper in der vollständig geöffneten Position zu halten.
  • Eine derartige Stromsteuerung oder Stromstärkeregelung während der einen oder mehreren Stromhaltephasen wird typischerweise unter Verwendung einer PWM-Steuerung („Pulsbreitenmodulations“-Steuerung) durchgeführt, bei der ein niedriger Spannungspegel (auch als Batteriespannung bezeichnet) auf der Basis eines Vergleichs eines gemessenen tatsächlichen Stromstärkewerts und des jeweiligen vorbestimmten Ziel-Haltestromwerts wiederholt eingeschaltet und ausgeschaltet wird, um die Ansteuerstromstärke in dem Elektromagneten ungefähr konstant auf dem Pegel des jeweiligen vorbestimmten Ziel-Haltestromwerts zu halten.
  • Beispiele aus dem Stand der Technik für solche stromsteuerungsbasierte Konzepte zum Betreiben eines elektromagnetischen Ventils eines Kraftstoffeinspritzers basierend auf einem Stromprofil sind beispielsweise aus den Patentdokumenten EP 2 514 956 A1 , DE 10 2007 024 397 A1 , EP 3 150 831 A1 und US 2016/177855 A1 bekannt.
  • Wie bereits erwähnt, kann das gewünschte Zielstromprofil, das z. B. durch den vorbestimmten Ziel-Spitzenstromwert einer Hochsetzphase und durch einen oder mehrere vorbestimmte Ziel-Haltestromwerte definiert sein kann und das bei Verfahren zum Betreiben einer elektromagnetischen Ventils eines Kraftstoffeinspritzers wie oben diskutiert als Steuerungsbasis verwendet wird, in einigen der Referenzen zum Stand der Technik auch als Stromwellenform bezeichnet werden.
  • In derartigem Stand der Technik werden typischerweise die Schalter einer bereitgestellten Ansteuerschaltung basierend auf einem Vergleich der tatsächlich gemessenen Stromstärke mit der gewünschten Stromwellenform betätigt (ein- und ausgeschaltet, z. B. basierend auf einer PWM-Steuerung), wobei vielleicht zusätzlich eine zulässige Toleranz oder Hysteresegrenze berücksichtigt wird.
  • Wenn ein konstanter Haltestrompegel gewünscht ist, kann dies zur Ausführung von schnellen Wechseln bzw. schnellem Schalten zwischen Haltezuständen (z. B. Anlegen einer Batteriespannung) und Zuständen mit normalem Abfall (Anlegen einer Spannung, die null oder zumindest kleiner als die Batteriespannung ist) unter verschiedenen Ansteuerungszuständen der Schalter der Ansteuerschaltung führen, beispielsweise bei der PWM-Steuerung einem schnellen und wiederholten Schalten zwischen Haltezuständen und Zuständen mit normalem Abfall. Das Ziel dieser Art von Operationen besteht darin, die vordefinierte Stromwellenform zu verwirklichen, d. h. ein Steuerungskonzept, das auf dem gewünschten Zielstromprofil (der Stromwellenform) basiert, zu verwirklichen, das im Folgenden manchmal als Stromsteuerungskonzept bezeichnet wird.
  • Typischerweise arbeiten die oben diskutierten Stromsteuerungskonzepte für größere Einspritzmengen und Einspritzpulse mit einer längeren Einspritzpulsbreite gut, insbesondere oberhalb von Einspritzmengen von etwa 10 mg Kraftstoff pro Einspritzmenge und für Einspritzpulse mit Pulsbreiten von mehr als 0,5 ms.
  • Bei kleineren Einspritzmengen, typischerweise weniger als 10 mg, oder Einspritzpulsen mit Pulsbreiten von weniger als 0,5 ms, ergibt sich jedoch typischerweise bei den Verfahren nach dem Stand der Technik das Problem, dass die Abweichungen der tatsächlichen Einspritzmengen und der tatsächlichen Einspritzpulsbreiten von Einspritzpuls zu Einspritzpuls (Puls-zu-Puls-Variation oder Puls-zu-Puls-Abweichung) stärker und stärker werden und während Abweichungen der tatsächlichen Einspritzmengen von Einspritzpuls zu Einspritzpuls für Einspritzmengen von etwa 10 mg Kraftstoff pro Einspritzmenge und für Einspritzpulse mit Pulsbreiten von mehr als 0,5 ms typischerweise stabil unter 1 % oder sogar nur etwa 0,5 % liegen, werden Abweichungen der tatsächlichen Einspritzmengen von Einspritzpuls zu Einspritzpuls für kleinere Einspritzmengen von weniger als 10 mg oder Einspritzpulse mit Pulsbreiten von weniger als 0,5 ms bei einer solch allgemein bekannten stromsteuerungsbasierten Betätigungssteuerung der Kraftstoffeinspritzer typischerweise deutlich über 1 % oder sogar über 2 % hinaus steigen.
  • Insbesondere tritt im Stand der Technik ein besonderer Fall auf, in dem die gewünschte Kraftstoffeinspritzmenge (gewünschte eingespritzte Kraftstoffmenge) so klein ist, dass das Ventil so gesteuert werden muss, dass es sich nicht vollständig öffnet, d. h. ein sogenannter Halbhub-Betrieb, bei der der Ventilkörper während des Einspritzpulses die vollständig geöffnete Position nicht erreicht und die Schließbewegung erfolgt, bevor der Ventilkörper die vollständig geöffnete Position erreicht. Ein solcher Fall kann auftreten, wenn die Gesamteinspritzmenge pro Einspritzpuls klein ist. In diesem Fall können die allgemein bekannten und oben diskutierten Stromsteuerungskonzepte zu unerwünscht hohen Puls-zu-Puls-Einspritzmengenabweichungen führen.
  • Ferner umfassen einige der Probleme, die mit dem Stand der Technik verbunden sind, die mangelnde Flexibilität aufgrund der vorbestimmten Stromwellenform, d. h. beispielsweise die Unfähigkeit, tatsächliche Betriebsbedingungen angemessen zu berücksichtigen, und Schwierigkeiten bei der Anpassung an verschiedene Anwendungen und/oder unterschiedliche Arbeitsbedingungen.
  • Ferner besteht ein Bedarf an einem Verfahren zum Betreiben eines elektromagnetisch angetriebenen Ventils eines Kraftstoffeinspritzers, das es ermöglicht, einen gewünschten Grad an Anpassungsfähigkeit zu erreichen, ohne jedes Mal die Software, die die Ansteuerschaltung steuert, gemäß den gegebenen Anwendungen anpassen zu müssen und gleichzeitig ohne die Komplexität des Systems zu erhöhen.
  • Ein weiteres im Zusammenhang mit dem Stand der Technik auftretendes Problem besteht wie oben erwähnt darin, dass es nicht leicht ist, eine präzise wiederholbare Einspritzung geringer Mengen, insbesondere unter 10 mg Kraftstoff pro Einspritzpuls, mit kleinen Abweichungen zwischen Einspritzpulsen, insbesondere Puls-zu-Puls-Abweichungen unterhalb von 1 %, durchzuführen.
  • Zusammenfassung
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die oben erwähnten Probleme des Standes der Technik zu vermeiden und ein verbessertes Steuerungskonzept zum Betreiben eines elektromagnetisch gesteuerten Ventils eines Kraftstoffeinspritzers bereitzustellen.
  • Eine besondere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Steuerungskonzept zu schaffen, das eine effiziente und zuverlässige Steuerung des Kraftstoffeinspritzers durch eine einfache Steuerarchitektur ermöglicht, die vorzugsweise ferner eine hohe Genauigkeit und hohe Flexibilität hinsichtlich der Einspritzpulseigenschaften ermöglicht und vorzugsweise ferner eine effiziente, zuverlässige, genaue, gleichmäßige und/oder stabile Kraftstoffeinspritzpulssteuerung ermöglicht, und zwar insbesondere für Betriebsbereiche, in denen geringe Kraftstoffeinspritzmengen und/oder kurze Einspritzpulse erforderlich sind, wobei vorzugsweise Abweichungen in den Kraftstoffeinspritzmengen und/oder kurzen Einspritzpulsbreiten über mehrere Einspritzzyklen hinweg vermieden werden.
  • Angesichts der Probleme im Stand der Technik und zum Lösen einiger oder aller der obigen Aufgaben wird ein Verfahren zum Betreiben eines elektromagnetisch betätigten Ventils eines Kraftstoffeinspritzers gemäß einem der unabhängigen Ansprüche vorgeschlagen. Ferner werden entsprechende Controller zum Durchführen solcher Steuerverfahren und Computerprogramme zum Ausführen solcher Steuerverfahren gemäß den unabhängigen Ansprüchen vorgeschlagen. Spezielle Ausführungsbeispiele können sich auf ein Konzept zum Beeinflussen der Kraftdynamik des elektromagnetisch betätigten Ventils des Kraftstoffeinspritzers beziehen. Abhängige Ansprüche beziehen sich auf bevorzugte Ausführungsbeispiele.
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann ein Verfahren zum Betreiben eines elektromagnetisch betätigten Ventils eines Kraftstoffeinspritzers vorgeschlagen werden, wobei das elektromagnetische Ventil ein Ventilelement, das zwischen einer geschlossenen Position und einer offenen Position bewegbar ist, und einen elektromagnetischen Aktor, der dazu ausgelegt ist, eine Bewegung des Ventilelements zu betätigen, enthält, wobei das Verfahren umfasst: Anlegen eines ersten Spannungswerts, insbesondere durch eine aktive Spannungssteuerung, während einer ersten Zeitspanne und Ausschalten des ersten Spannungswerts nach der ersten Zeitspanne und/oder Anlegen eines zweiten Spannungswerts, der kleiner oder gleich dem ersten Spannungswert ist, während einer zweiten Zeitspanne und Ausschalten des zweiten Spannungswerts nach der zweiten Zeitspanne, wobei die Dauer der ersten Zeitspanne und die Dauer der zweiten Zeitspanne gemäß einer gewünschten eingespritzten Kraftstoffmenge bestimmt werden.
  • Gemäß beispielhaften Aspekten der vorliegenden Erfindung werden die Dauer der ersten Zeitspanne und die Dauer der zweiten Zeitspanne bestimmt, um die Kraftdynamik einer elektromagnetischen Kraft, die an dem elektromagnetischen Aktor induziert wird, in einem Übergangszustand gemäß der gewünschten eingespritzten Kraftstoffmenge zu beeinflussen, und zwar insbesondere dann, wenn die gewünschte Einspritzmenge kleiner oder gleich 7 mg eingespritzter Kraftstoff pro Einspritzpuls ist und/oder wenn ein Einspritzpuls, der basierend auf der gewünschten Einspritzmenge bestimmt wird, eine Pulsbreite von kleiner oder gleich 0,5 ms aufweist.
  • Gemäß beispielhaften Aspekten der vorliegenden Erfindung wird der erste Spannungswert während der ersten Zeitspanne konstant angelegt und/oder der zweite Spannungswert während der zweiten Zeitspanne konstant angelegt.
  • Gemäß beispielhaften Aspekten der vorliegenden Erfindung wird der erste Spannungswert während der ersten Zeitspanne konstant angelegt, so dass eine Stromstärke in dem elektromagnetischen Aktor während der ersten Zeitspanne ansteigt, insbesondere monoton ansteigt; und/oder der zweite Spannungswert während der zweiten Zeitspanne konstant angelegt, so dass die Stromstärke in dem elektromagnetischen Aktor während der zweiten Zeitspanne ansteigt, insbesondere monoton ansteigt.
  • Gemäß beispielhaften Aspekten der vorliegenden Erfindung kann das Verfahren ferner umfassen: Bestimmen eines Phasenprofils auf der Basis der gewünschten eingespritzten Kraftstoffmenge, wobei das Phasenprofil mehrere aufeinanderfolgende Steuerphasen, insbesondere Spannungssteuerphasen zum Steuern der Spannung, die zum Öffnen und Schließen des elektromagnetisch betätigten Ventils an den elektromagnetischen Aktor angelegt wird, angibt.
  • Gemäß beispielhaften Aspekten der vorliegenden Erfindung umfasst das Phasenprofil ein Zielspannungsprofil und das Zielspannungsprofil umfasst mehrere aktiv spannungsgesteuerte Zeitspannen, wobei jede aktiv spannungsgesteuerte Zeitspanne einer jeweiligen Phase eines konstanten Anlegens eines jeweiligen Zielspannungswerts an den elektromagnetischen Aktor während der jeweiligen aktiv spannungsgesteuerten Zeitspanne entspricht.
  • Gemäß beispielhaften Aspekten der vorliegenden Erfindung umfasst das Zielspannungsprofil ferner eine oder mehrere passiv spannungsgesteuerte Zeitspannen, wobei jede passiv spannungsgesteuerte Zeitspanne einer jeweiligen Phase des Phasenprofils entspricht, während der es ermöglicht wird, dass ein Magnetfeld des elektromagnetischen Aktors kollabiert und eine induzierte Spannung des elektromagnetischen Aktors während der jeweiligen passiv spannungsgesteuerten Zeitspanne abnimmt, insbesondere exponentiell abnimmt.
  • Gemäß beispielhaften Aspekten der vorliegenden Erfindung umfasst das Phasenprofil ferner ein Zielstromprofil und das Zielstromprofil umfasst eine oder mehrere stromstärkegesteuerte Zeitspannen, wobei jede stromstärkegesteuerte Zeitspanne einer jeweiligen Phase des Phasenprofils entspricht, während der eine Stromstärke durch den elektromagnetischen Aktor basierend auf einem Zielstromwert von einer Pulsbreitenmodulationssteuerung gesteuert wird.
  • Gemäß beispielhaften Aspekten der vorliegenden Erfindung umfasst das Phasenprofil mindestens eine erste Phase, während der der erste Spannungswert für die erste Zeitspanne konstant an den elektromagnetischen Aktor angelegt wird, und eine zweite Phase, während der der zweite Spannungswert für die zweite Zeitspanne konstant an den elektromagnetische Aktor angelegt wird.
  • Gemäß beispielhaften Aspekten der vorliegenden Erfindung umfasst das Phasenprofil eine Hochsetzphase, die der ersten Zeitspanne des Anlegens des ersten Spannungswerts entspricht, und eine erste Spannungshaltephase, die der zweiten Zeitspanne des Anlegens des zweiten Spannungswerts entspricht, wobei insbesondere die zweite Zeitspanne hinter der ersten Zeitspanne liegt und wobei insbesondere der erste und der zweite Spannungswert dasselbe Vorzeichen haben und der Absolutwert des ersten Spannungswerts größer oder gleich dem Absolutwert des zweiten Spannungswerts ist.
  • Gemäß beispielhaften Aspekten der vorliegenden Erfindung umfasst das Bestimmen des Phasenprofils ein Bestimmen einer Dauer der ersten Zeitspanne und/oder ein Bestimmen einer Dauer der zweiten Zeitspanne.
  • Gemäß beispielhaften Aspekten der vorliegenden Erfindung werden die erste und/oder die zweite Zeitspanne des Phasenprofils so bestimmt, dass eine Endzeit der zweiten Zeitspanne basierend auf einer gewünschten oberen Position einer Zielbewegungsbahn des Ventilelements zwischen Öffnungs- und Schließbewegung des Ventilelements und/oder basierend auf einer gewünschten Zeitvorgabe, zu der das Ventilelement die obere Position der Zielbewegungsbahn des Ventilelements zwischen Öffnungs- und Schließbewegung des Ventilelements erreicht, bestimmt wird.
  • Gemäß beispielhaften Aspekten der vorliegenden Erfindung werden die erste und/oder die zweite Zeitspanne des Phasenprofils so bestimmt, dass eine Endzeit der zweiten Zeitspanne zu einem Zeitpunkt ist, zu dem das Ventilelement eine Position aufweist, die niedriger als die gewünschte obere Position der Zielbewegungsbahn des Ventilelements während der Öffnungsbewegung des Ventilelements ist, und/oder so bestimmt, dass die Endzeit der zweiten Zeitspanne während der Öffnungsbewegung des Ventilelements und vor, insbesondere kurz vor, einer gewünschten Zeitvorgabe, zu der des Ventilelement die obere Position der Zielbewegungsbahn des Ventilelements zwischen Öffnungs- und Schließbewegung des Ventilelements erreicht, ist.
  • Gemäß beispielhaften Aspekten der vorliegenden Erfindung umfasst das Phasenprofil nach der zweiten Zeitspanne und während einer dritten Zeitspanne eine erste Phase mit schnellem Abfall, während der eine induzierte Spannung mit entgegengesetztem Vorzeichen im Vergleich zu dem Vorzeichen des ersten und des zweiten Spannungswerts abnimmt, insbesondere exponentiell abnimmt, indem ermöglicht wird, dass das Magnetfeld des elektromagnetischen Aktors kollabiert.
  • Gemäß beispielhaften Aspekten der vorliegenden Erfindung umfasst das Bestimmen des Phasenprofils ein Bestimmen einer Dauer der dritten Zeitspanne, insbesondere gemäß der gewünschten eingespritzten Kraftstoffmenge.
  • Gemäß beispielhaften Aspekten der vorliegenden Erfindung werden die erste, zweite und/oder dritte Zeitspanne des Phasenprofils so bestimmt, dass eine Startzeit der dritten Zeitspanne und/oder eine Endzeit der zweiten Zeitspanne basierend auf einer gewünschten oberen Position einer Zielbewegungsbahn des Ventilelements zwischen einer Öffnungs- und einer Schließbewegung des Ventilelements und/oder basierend auf einer gewünschten Zeitvorgabe, zu der das Ventilelement die obere Position der Zielbewegungsbahn des Ventilelements zwischen Öffnungs- und Schließbewegung des Ventilelements erreicht, bestimmt werden; und/oder die erste, zweite und/oder dritte Zeitspanne des Phasenprofils so bestimmt, dass die Startzeit der dritten Zeitspanne und/oder die Endzeit der zweiten Zeitspanne zu einem Zeitpunkt ist, zu dem das Ventilelement eine Position aufweist, die niedriger als die gewünschte obere Position der Zielbewegungsbahn des Ventilelements während der Öffnungsbewegung des Ventilelements ist, und/oder so bestimmt, dass die Startzeit der dritten Zeitspanne und/oder die Endzeit der zweiten Zeitspanne während der Öffnungsbewegung des Ventilelements und vor, insbesondere kurz vor, einer gewünschten Zeitvorgabe, zu der das Ventilelement die obere Position der Zielbewegungsbahn des Ventilelements zwischen Öffnungs- und Schließbewegung des Ventilelements erreicht, ist.
  • Gemäß beispielhaften Aspekten der vorliegenden Erfindung umfasst das Phasenprofil eine zweite Spannungshaltephase eines konstanten Anlegens eines vierten Spannungswerts während einer vierten Zeitspanne nach der dritten Zeitspanne; wobei der vierte Spannungswert gleich dem zweiten Spannungswert ist, der zweite und der vierte Spannungswert dasselbe Vorzeichen haben und/oder der erste und der vierte Spannungswert dasselbe Vorzeichen haben, und der Absolutwert des ersten Spannungswerts höher als der Absolutwert des vierten Spannungswerts ist.
  • Gemäß beispielhaften Aspekten der vorliegenden Erfindung umfasst das Bestimmen des Phasenprofils das Bestimmen einer Dauer des vierten Zeitraums, insbesondere gemäß der gewünschten eingespritzten Kraftstoffmenge.
  • Gemäß beispielhaften Aspekten der vorliegenden Erfindung werden die erste, zweite, dritte und/oder vierte Zeitspanne des Phasenprofils so bestimmt, dass eine Startzeit der vierten Zeitspanne und/oder eine Endzeit der dritten Zeitspanne basierend auf einer gewünschten oberen Position einer Zielbewegungsbahn des Ventilelements zwischen einer Öffnungs- und einer Schließbewegung des Ventilelements, basierend auf einer gewünschten Zeitvorgabe, zu der das Ventilelement die obere Position der Zielbewegungsbahn des Ventilelements zwischen Öffnungs- und Schließbewegung des Ventilelements erreicht, und/oder basierend auf einer gewünschten Schließsteigung der Zielbewegungsbahn des Ventilelements bei der Schließbewegung des Ventilelements bestimmt werden; und/oder die erste, zweite, dritte und/oder vierte Zeitspanne des Phasenprofils so bestimmt werden, dass die Startzeit der vierten Zeitspanne und/oder die Endzeit der dritten Zeitspanne zu einem Zeitpunkt sind, zu dem das Ventilelement während der Schließbewegung des Ventilelements eine niedrigere Position als die gewünschte obere Position der Zielbewegungsbahn des Ventilelements aufweist, und/oder so bestimmt, dass die Startzeit der vierten Zeitspanne und/oder die Endzeit der dritten Zeitspanne nach, insbesondere kurz nach, der gewünschten Zeitvorgabe sind, zu der das Ventilelement die obere Position der Zielbewegungsbahn des Ventilelements zwischen Öffnungs- und Schließbewegung des Ventilelements erreicht.
  • Gemäß beispielhaften Aspekten der vorliegenden Erfindung werden die erste, zweite, dritte und/oder vierte Zeitspanne des Phasenprofils so bestimmt, dass eine Endzeit der vierten Zeitspanne basierend auf einer gewünschten Schließsteigung einer Zielbewegungsbahn des Ventilelements in der Schließbewegung des Ventilelements und/oder basierend auf einer gewünschten oder tatsächlichen Zeitvorgabe, zu der das Ventilelement die Schließposition an dem Ende der Zielbewegungsbahn des Ventilelements erreicht, bestimmt werden; und/oder die erste, zweite, dritte und/oder vierte Zeitspanne des Phasenprofils so bestimmt werden, dass die Endzeit der vierten Zeitspanne im Wesentlichen zu einer gewünschten oder tatsächlichen Zeitvorgabe ist, zu der das Ventilelement die Schließposition an dem Ende der Zielbewegungsbahn des Ventilelements erreicht.
  • Gemäß beispielhaften Aspekten der vorliegenden Erfindung umfasst das Phasenprofil nach der vierten Zeitspanne eine zweite Phase mit schnellem Abfall, während der eine induzierte Spannung mit entgegengesetztem Vorzeichen im Vergleich zu dem Vorzeichen des ersten und zweiten Spannungswerts abnimmt, insbesondere exponentiell abnimmt, indem ermöglicht wird, dass das Magnetfeld des elektromagnetischen Aktors kollabiert.
  • Gemäß beispielhaften Aspekten der vorliegenden Erfindung umfasst das Phasenprofil eine Phase mit normalem Abfall, in der während einer fünften Zeitspanne zwischen der ersten und der zweiten Zeitspanne konstant ein fünfter Spannungswert gehalten wird, wobei der fünfte Spannungswert kleiner als der erste und der zweite Spannungswert ist und insbesondere der fünfte Spannungswert kleiner oder gleich null ist.
  • Gemäß beispielhaften Aspekten der vorliegenden Erfindung umfasst das Bestimmen des Phasenprofils, insbesondere gemäß der gewünschten eingespritzten Kraftstoffmenge, ein Bestimmen einer Länge der fünften Zeitspanne, wobei die Länge der fünften Zeitspanne größer oder gleich null ist.
  • Gemäß beispielhaften Aspekten der vorliegenden Erfindung umfasst das Bestimmen des Phasenprofils: Bestimmen einer oder mehrerer Zielbewegungsbahnen des Ventilelements jeweils zwischen einer Öffnungs- und Schließbewegung des Ventilelements für einen Einspritzzyklus, Bestimmen einer oder mehrerer tatsächlicher Bewegungsbahnen des Ventilelements jeweils zwischen der Öffnungs- und Schließbewegung des Ventilelements während des derzeitigen und/oder eines oder mehrerer vorangegangener Einspritzzyklen und/oder Modifizieren des Phasenprofils basierend auf einem Vergleich der bestimmten einen oder mehreren Zielbewegungsbahnen des Ventilelements mit der einen oder den mehreren bestimmten tatsächlichen Bewegungsbahnen des Ventilelements.
  • Gemäß beispielhaften Aspekten der vorliegenden Erfindung werden die eine oder die mehreren Zielbewegungsbahnen des Ventilelements auf der Basis von Eigenschaften, die eine gewünschte Form der einen oder der mehreren Zielbewegungsbahnen des Ventilelements angeben, und/oder basierend auf der gewünschten eingespritzten Kraftstoffmenge, die entweder die gewünschte Einspritzmenge pro Einspritzzyklus oder die gewünschte Einspritzmenge pro Bewegungsbahn ist, bestimmt.
  • Gemäß beispielhaften Aspekten der vorliegenden Erfindung werden die eine oder mehreren tatsächlichen Bewegungsbahnen des Ventilelements basierend auf einer Verarbeitung mindestens eines der folgenden Signale bestimmt: eines Stromstärkesignals, das eine Stromstärke in dem elektromagnetischen Aktor als Funktion der Zeit angibt, eines Drucksignals, das einen Kraftstoffdruck stromaufwärts eines Kraftstoffeinspritzers als Funktion der Zeit angibt, und eines Positionssignals, das eine Position des Ventilelements als Funktion der Zeit angibt.
  • Gemäß beispielhaften Aspekten der vorliegenden Erfindung umfasst das Verarbeiten des Stromstärkesignals, das eine Stromstärke in dem elektromagnetischen Aktor angibt, mindestens eine der folgenden Operationen: Verarbeiten des Stromstärkesignals, um eine erste Zeitableitung der Stromstärke in dem elektromagnetischen Aktor als Funktion der Zeit zu erhalten, und Verarbeiten des Stromstärkesignals, um eine zweite Zeitableitung der Stromstärke in dem elektromagnetischen Aktor als Funktion der Zeit zu erhalten.
  • Gemäß beispielhaften Aspekten der vorliegenden Erfindung werden die eine oder die mehreren tatsächlichen Bewegungsbahnen des Ventilelements bestimmt, indem basierend auf der erhaltenen ersten und/oder zweiten Zeitableitung der Stromstärke in dem elektromagnetischen Aktor mindestens einer der folgenden Parameter bestimmt wird: eine Öffnungszeitvorgabe des Starts der Öffnungsbewegung des Ventilelements, eine Öffnungssteigung der Öffnungsbewegung des Ventilelements, ein Zeitpunkt eines Erreichens der oberen Position zwischen der Öffnungs- und Schließbewegung des Ventilelements, eine Schließsteigung der Schließbewegung des Ventilelements und eine Schließzeitvorgabe des Endes der Schließzeit des Ventilelements.
  • Gemäß beispielhaften Aspekten der vorliegenden Erfindung wird dann, wenn die gewünschte eingespritzte Kraftstoffmenge unter einer vorbestimmten Schwelle liegt und die Einspritzung der gewünschten eingespritzten Kraftstoffmenge unterhalb des vorbestimmten Schwelle als Zielbewegungsbahn, die basierend auf der gewünschten eingespritzten Kraftstoffmenge bestimmt wird, eine Halbhub-Bewegungsbahn des Ventilelements erfordert, gemäß der sich das Ventilelement zu einer gewünschten Öffnungszeitvorgabe öffnet, die obere Position der Bahn an einer Position, die niedriger als eine vollständig geöffnete Position des Ventilelements ist, zu einer gewünschten Zeitvorgabe für die obere Position erreicht und sich zu einer gewünschten Schließzeitvorgabe schließt, das Phasenprofil so bestimmt, dass es umfasst: eine erste Spannungshaltephase zum konstanten Halten des ersten Spannungswerts für die erste Zeitspanne zum Anlegen einer Hochsetzspannung, eine erste Spannungshaltephase zum konstanten Halten des zweiten Spannungswerts für eine zweite Zeitspanne nach der ersten Zeitspanne zum Steuern einer Öffnungsbewegung des Ventilelements, eine erste Phase mit schnellem Abfall nach der zweiten Zeitspanne und während einer dritten Zeitspanne, während der eine induzierte Spannung mit entgegengesetztem Vorzeichen im Vergleich zu dem Vorzeichen der ersten und zweiten Spannungswerte abnimmt, insbesondere exponentiell abnimmt, indem ermöglicht wird, dass das Magnetfeld des elektromagnetischen Aktors kollabiert, um eine Änderung der Bewegungsrichtung des Ventilelements von der Öffnungsbewegungsrichtung in die Schließbewegungsrichtung zu betätigen, eine zweite Spannungshaltephase zum konstanten Halten eines vierten Spannungswerts für eine vierte Zeitspanne nach der dritten Zeitspanne zum Steuern einer Schließbewegung des Ventilelements und eine zweite Phase mit schnellem Abfall nach der vierten Zeitspanne, während der eine induzierte Spannung mit entgegengesetztem Vorzeichen im Vergleich zu dem Vorzeichen der ersten und zweiten Spannungswerte abnimmt, insbesondere exponentiell abnimmt, indem ermöglicht wird, dass das Magnetfeld des elektromagnetischen Aktors kollabiert; wobei die gewünschte Öffnungszeitvorgabe der Halbhub-Bewegungsbahn während der ersten Zeitspanne ist, wobei eine Startzeit der dritten Zeitspanne, insbesondere eine Startzeit des Anlegens des dritten Spannungswerts, vor, insbesondere kurz vor, dem Erreichen der oberen Position der Zielbewegungsbahn durch das Ventilelement und/oder vor, insbesondere kurz vor, der gewünschten Zeitvorgabe für die obere Position ist und wobei eine Startzeit der zweiten Phase mit schnellem Abfall im Wesentlichen zu der gewünschten Schließzeitvorgabe ist.
  • Gemäß beispielhaften Aspekten der vorliegenden Erfindung wird dann, wenn die gewünschte eingespritzte Kraftstoffmenge über einer vorbestimmten Schwelle liegt und eine Einspritzung der gewünschten eingespritzten Kraftstoffmenge über der vorbestimmten Schwelle als Zielbewegungsbahn, die basierend auf der gewünschten eingespritzten Kraftstoffmenge bestimmt wird, eine Vollhub-Bewegungsbahn des Ventilelements erfordert, gemäß der sich das Ventilelement zu einer gewünschten Öffnungszeitpunktvorgabe öffnet, die vollständig geöffnete Position der Bewegungsbahn erreicht, die vollständig geöffnete Position für eine gewünschte vollständig geöffnete Zeitspanne beibehält und sich zu einer gewünschten Schließzeitvorgabe schließt, das Phasenprofil so bestimmt, dass es umfasst: eine erste Spannungshaltephase zum konstanten Halten des ersten Spannungswerts für die erste Zeitspanne zum Anlegen einer Hochsetzspannung, eine erste Spannungshaltephase zum konstanten Halten des zweiten Spannungswerts für die zweite Zeitspanne nach der ersten Zeitspanne zum Steuern einer Öffnungsbewegung des Ventilelements in Richtung der vollständig geöffneten Position und zum Halten des Ventilelements in der vollständig geöffneten Position für die gewünschte vollständig geöffnete Zeitspanne, eine erste Phase mit schnellem Abfall nach der zweiten Zeitspanne und während einer dritten Zeitspanne, während der eine induzierte Spannung mit entgegengesetztem Vorzeichen im Vergleich zu dem Vorzeichen des ersten und zweiten Spannungswerts abnimmt, insbesondere exponentiell abnimmt, indem ermöglicht wird, dass das Magnetfeld des elektromagnetischen Aktors kollabiert, um eine Schließbewegung des Ventilelements von der vollständig geöffneten Position in die geschlossene Position zu betätigen, eine zweite Spannungshaltephase eines konstanten Haltens eines vierten Spannungswerts für eine vierte Zeitspanne nach der dritten Zeitspanne zum Steuern einer Schließbewegung des Ventilelements und eine zweite Phase mit schnellem Abfall nach der vierten Zeitspanne, während der eine induzierte Spannung mit entgegengesetztem Vorzeichen im Vergleich zu dem Vorzeichen der ersten und zweiten Spannungswerte abnimmt, insbesondere exponentiell abnimmt, indem ermöglicht wird, dass das Magnetfeld des elektromagnetischen Aktors kollabiert; wobei die gewünschte Öffnungszeitvorgabe der Vollhub-Bewegungsbahn während der ersten Zeitspanne ist, wobei eine Startzeit der dritten Zeitspanne, insbesondere eine Startzeit des Anlegens des dritten Spannungswerts, vor, insbesondere kurz vor, einem Ablaufen der gewünschten vollständig geöffneten Zeitspanne ist und wobei eine Startzeit der zweiten Phase mit schnellem Abfall, insbesondere eine Startzeit des Anlegens des dritten Spannungswerts, im Wesentlichen zu der gewünschten Schließzeitvorgabe ist.
  • Gemäß beispielhaften Aspekten der vorliegenden Erfindung wird, um auf der Basis der gewünschten eingespritzten Kraftstoffmenge oder mehrerer gewünschter eingespritzter Kraftstoffmengen pro Einspritzzyklus eine Mehrfacheinspritzung pro Einspritzzyklus zu steuern, die innerhalb eines einzelnen Einspritzzyklus mehrere Zielbewegungsbahnen des Ventilelements umfasst, gemäß denen das Ventilelement sich jeweils zu einer jeweiligen gewünschten Öffnungszeitvorgabe öffnet, die obere Position der jeweiligen Zielbewegungsbahn an einer Position, die niedriger ist als eine vollständig geöffnete Position des Ventilelements zu einer jeweiligen gewünschten Zeitvorgabe für die obere Position erreicht und sich zu einer jeweiligen gewünschten Schließzeitvorgabe schließt, das Phasenprofil so bestimmt, dass es umfasst: eine Hochsetzphase zum konstanten Halten des ersten Spannungswerts für die erste Zeitspanne zum Anlegen einer Hochsetzspannung, eine erste Spannungshaltephase zum konstanten Halten eines zweiten Spannungswerts für eine zweite Zeitspanne nach der ersten Zeitspanne zum Steuern einer Öffnungsbewegung des Ventilelements für eine erste Bewegungsbahn der mehreren Zielbewegungsbahnen, eine erste Phase mit schnellem Abfall nach der zweiten Zeitspanne und während einer dritten Zeitspanne, während der eine induzierte Spannung mit entgegengesetztem Vorzeichen im Vergleich zu dem Vorzeichen des ersten und des zweiten Spannungswerts abnimmt, insbesondere exponentiell abnimmt, indem ermöglicht wird, dass das Magnetfeld des elektromagnetischen Aktors kollabiert, um eine Änderung der Bewegungsrichtung des Ventilelements von der Öffnungsbewegungsrichtung zu der Schließbewegungsrichtung während der ersten Bewegungsbahn zu betätigen, und eine letzte Phase mit schnellem Abfall, während der eine induzierte Spannung mit entgegengesetztem Vorzeichen im Vergleich zu dem Vorzeichen des ersten und zweiten Spannungswerts abnimmt, insbesondere exponentiell abnimmt, indem ermöglicht wird, dass das Magnetfeld des elektromagnetischen Aktors nach der gewünschten Schließzeit einer letzten Bewegungsbahn der mehreren Zielbewegungsbahnen kollabiert, wobei das Phasenprofil zwischen der ersten Phase mit schnellem Abfall und der letzten Phase mit schnellem Abfall ferner mehrere Spannungshaltephasen eines konstanten Halten des zweiten Spannungswerts für eine jeweilige Haltezeitspanne zum Steuern einer Schließbewegung des Ventilelements einer jeweiligen Bewegungsbahn der mehreren Zielbewegungsbahnen und zum Steuern einer Öffnungsbewegung einer jeweiligen nächsten Bewegungsbahn der mehreren Zielbewegungsbahnen umfasst, und wobei das Phasenprofil ferner für jede n -te Bewegungsbahn mit n > 1 eine weitere Phase mit schnellem Abfall, während der eine induzierte Spannung mit entgegengesetztem Vorzeichen im Vergleich zu dem Vorzeichen des ersten und zweiten Spannungswerts abnimmt, insbesondere exponentiell abnimmt, indem ermöglicht wird, dass das Magnetfeld des elektromagnetischen Aktors zu einer Zeitvorgabe vor, insbesondere kurz vor, einer jeweiligen gewünschten Zeitvorgabe für die obere Position der jeweiligen n-ten Bewegungsbahn kollabiert, um während der n-ten Bewegungsbahn eine Änderung der Bewegungsrichtung des Ventilelements von der Öffnungsbewegungsrichtung zu der Schließbewegungsrichtung zu betätigen.
  • Gemäß beispielhaften Aspekten der vorliegenden Erfindung umfasst das elektromagnetisch betätigte Ventil ein Ankerelement, das zwischen einer Ruheposition, die niedriger als die offene Position des Ventilelements ist, und einer offenen Position des Ventilelements beweglich ist, wobei der elektromagnetische Aktor dazu ausgelegt ist, eine Bewegung des Ankerelements zu betätigen, und das Ankerelement dazu ausgelegt ist, das Ventilelement zu bewegen, wobei das Phasenprofil so bestimmt wird, dass sich das Ankerelement von der Ruheposition in die Öffnungsposition bewegt, bis es zu einer ersten Zeit mit dem Ventilelement in Kontakt kommt, und in der geschlossenen Position bis zu einer zweiten Zeit, die größer als die erste Zeit ist, insbesondere gemäß einer gewünschten Zeitspanne zwischen der ersten und der zweiten Zeit und/oder gemäß der gewünschten ersten und zweiten Zeit, in Kontakt mit dem Ventilelement bleibt und das Ankerelement und das Ventilelement zu oder nach der zweiten Zeit eine Öffnungsbewegung von der geschlossenen Position in die offene Position beginnen; und/oder wobei das Phasenprofil so bestimmt wird, dass sich das Ankerelement und das Ventilelement von der offenen Position in die geschlossene Position bewegen, bis sie die geschlossene Position zu einer dritten Zeit erreicht, das Ankerelement nach der dritten Zeit in der geschlossenen Position mit dem Ventilelement in Kontakt bleibt, insbesondere gemäß einer gewünschten Zeitspanne zwischen der dritten und einer vierten Zeit, die größer als die dritte Zeit ist, und/oder gemäß der gewünschten ersten und vierten Zeit, und das Ankerelement zu oder nach der vierten Zeit beginnt, sich von der geschlossenen Position in Richtung der Ruheposition zu bewegen.
  • Gemäß beispielhaften Aspekten der vorliegenden Erfindung wird der elektromagnetische Aktor durch eine Ansteuerschaltung, die mehrere Schalter aufweist, angesteuert und die Ansteuerschaltung ist so ausgelegt, dass sie mehrere Ansteuerungszustände aufweist, die basierend auf unterschiedlichen Schaltkonfigurationen der mehreren Schalter gesteuert werden, wobei ein erster Ansteuerungszustand der mehreren Ansteuerungszustände während der ersten Zeitspanne aktiviert wird und ein zweiter Ansteuerungszustand der mehreren Ansteuerungszustände während der zweiten Zeitspanne aktiviert wird.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung, der mit einem oder mehreren der obigen Aspekte kombiniert werden kann, kann ein Verfahren zum Betreiben eines elektromagnetisch betätigten Ventils eines Kraftstoffeinspritzers vorgeschlagen werden, wobei das elektromagnetische Ventil ein Ventilelement, das zwischen einer geschlossenen Position und einer offenen Position bewegbar ist, und einen elektromagnetischen Aktor, der dazu ausgelegt ist, eine Bewegung des Ventilelements zu betätigen, umfasst, wobei das Verfahren umfasst: Anlegen eines ersten Spannungswerts durch eine aktive Spannungssteuerung während einer ersten Zeitspanne und Ausschalten des ersten Spannungswerts nach der ersten Zeitspanne, und/oder Anlegen eines zweiten Spannungswerts, der kleiner oder gleich dem ersten Spannungswert ist, durch eine aktive Spannungssteuerung während einer zweiten Zeitspanne und Ausschalten des zweiten Spannungswerts nach der zweiten Zeitspanne, wobei die Dauer der ersten Zeitspanne und die Dauer der zweiten Zeitspanne gemäß einer gewünschten eingespritzten Kraftstoffmenge bestimmt werden.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung, der mit einem oder mehreren der obigen Aspekte kombiniert werden kann, kann ein Verfahren zum Betreiben eines elektromagnetisch betätigten Ventils eines Kraftstoffeinspritzers vorgeschlagen werden, wobei das elektromagnetische Ventil ein Ventilelement, das zwischen einer geschlossenen Position und einer offenen Position bewegbar ist, und einen elektromagnetischen Aktor, der dazu ausgelegt ist, eine Bewegung des Ventilelements zu betätigen, umfasst, wobei das Verfahren umfasst: Anlegen eines ersten Spannungswerts durch eine aktive Spannungssteuerung während einer ersten Zeitspanne und Ausschalten des ersten Spannungswerts nach der ersten Zeitspanne, Anlegen eines zweiten Spannungswerts, der kleiner oder gleich dem ersten Spannungswert ist, durch eine aktive Spannungssteuerung während einer zweiten Zeitspanne und Ausschalten des zweiten Spannungswerts nach der zweiten Zeitspanne, und/oder Ermöglichen, dass eine induzierte Spannung in dem elektromagnetischen Aktor durch passive Spannungssteuerung während einer dritten Zeitspanne abnimmt, wobei die Dauer der ersten Zeitspanne, die Dauer der zweiten Zeitspanne und/oder die Dauer der dritten Zeitspanne gemäß einer gewünschten eingespritzten Kraftstoffmenge bestimmt werden.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Einrichtung, insbesondere ein Controller, zum Betreiben eines elektromagnetisch betätigten Ventils eines Kraftstoffeinspritzers vorgeschlagen, wobei das elektromagnetische Ventil ein Ventilelement, das zwischen einer geschlossenen Position und einer offenen Position bewegbar ist, und einen elektromagnetischen Aktor, der dazu ausgelegt ist, eine Bewegung des Ventilelements zu betätigen, umfasst, wobei die Einrichtung dazu ausgelegt ist, die Ausführung eines Verfahrens nach einem der obigen Aspekte zu steuern.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Computerprogrammprodukt vorgeschlagen, das ein Computerprogramm umfasst, das Computerprogrammbefehle enthält, die dazu ausgelegt sind, einen Controller dazu zu veranlassen, die Schritte eines Verfahrens eines der obigen Aspekte auszuführen.
  • Obwohl oben bestimmte Beispielaspekte beschrieben worden sind, gilt es zu verstehen, dass solche Aspekte für die weite Erfindung nur veranschaulichend sind und diese nicht beschränken und dass die Beispielaspekte nicht auf die spezifischen Konstruktionen und Anordnungen, die oben gezeigt und beschrieben sind, begrenzt sind, da verschiedene andere Änderungen, Kombinationen, Auslassungen, Abwandlungen und Ersetzungen zusätzlich zu denen, die in den obigen Absätzen erklärt sind, möglich sind.
  • Fachleute werden verstehen, dass verschiedene Anpassungen, Abwandlungen und/oder Kombinationen der eben beschriebenen Aspekte vorgenommen werden können. Daher gilt es zu verstehen, dass weitere Aspekte zusätzlich zu den hierin spezifisch beschriebenen praktiziert werden können. Fachleute werden ebenfalls verstehen, dass angesichts dieser Offenbarung verschiedene Aspekte, die hierin beschrieben sind, kombiniert werden können, um andere Aspekte der vorliegenden Offenbarung zu bilden.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine schematische Beispielansicht eines Kraftstoffversorgungssystems, in dem eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung (ein Kraftstoffeinspritzer), ein Drucksensor, eine Ansteuervorrichtung und eine ECU (Kraftmaschinensteuereinheit) beispielhaft an einer Kraftmaschine mit zylinderinterner Direkteinspritzung montiert sind.
    • 2 ist eine beispielhafte vertikale Querschnittsansicht der Kraftstoffeinspritzvorrichtung (des Kraftstoffeinspritzers) und eine beispielhafte Darstellung, die eine Anordnung der Ansteuerschaltung und der Kraftmaschinensteuereinheit (ECU) zeigt, die mit der Kraftstoffeinspritzvorrichtung verbunden sind.
    • 3 ist eine beispielhafte Darstellung, die eine vergrößerte Querschnittsansicht einer Ansteuereinheitsstruktur der Kraftstoffeinspritzvorrichtung von 2 zeigt.
    • 4 ist eine beispielhafte Darstellung, die ein Steuerkonzept, das als „Stromstärkesteuerung“ bezeichnet wird, und die entsprechenden Beziehungen zwischen einem allgemeinen Einspritzpuls zum Ansteuern der Kraftstoffeinspritzvorrichtung, einer jeweiligen Zeitvorgabe einer Ansteuerspannung und einer Ansteuerstromstärke, die an die Kraftstoffeinspritzvorrichtung geliefert werden soll, und einer Ventilkörperverschiebungs-Größe und -Zeit zeigt.
    • 5 ist eine schematische Beispielansicht einer Ansteuerschaltung eines Kraftstoffeinspritzers gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
    • 6 ist eine weitere beispielhafte Darstellung, die das Steuerkonzept, das als „Stromstärkesteuerung“ bezeichnet wird, zeigt, das sich auf einen Vollhubbetrieb bezieht, und die entsprechende Darstellungen der Ansteuerungszustände der Ansteuerschaltungsschalter als Funktion der Zeit, der Steuerspannung als Funktion der Zeit, der Ansteuerstromstärke als Funktion der Zeit und der Kraftstoffeinspritzungs-Durchflussrate als Funktion der Zeit enthält.
    • 7 ist eine weitere beispielhafte Darstellung, die das Steuerkonzept, das als „Stromstärkesteuerung“ bezeichnet wird, zeigt, das sich auf einen Halbhubbetrieb bezieht, und die entsprechende Darstellungen der Ansteuerungszustände der Ansteuerschaltungsschalter als Funktion der Zeit, der Steuerspannung als Funktion der Zeit, der Ansteuerstromstärke als Funktion der Zeit und der Kraftstoffeinspritzungs-Durchflussrate als Funktion der Zeit enthält.
    • 8 ist eine beispielhafte Darstellung, die ein Steuerkonzept einer Kraftstoffeinspritzer-Betriebsart zeigt, die sich auf beispielhafte Ausführungsformen einschließlich einer ersten beispielhaften Ausführungsform bezieht, die sich auf einen Halbhubbetrieb bezieht, und die entsprechende Darstellungen der Ansteuerungszustände der Ansteuerschaltungsschalter als Funktion der Zeit, der Steuerspannung als Funktion der Zeit, der Ansteuerstromstärke als Funktion der Zeit und der Kraftstoffeinspritzungs-Durchflussrate als Funktion der Zeit enthält.
    • 9 ist eine beispielhafte Darstellung, die ein Steuerkonzept einer Kraftstoffeinspritzer-Betriebsart zeigt, die sich auf beispielhafte Ausführungsformen einschließlich einer zweiten beispielhaften Ausführungsform bezieht, die sich auf einen Halbhubbetrieb bezieht, und die entsprechende Darstellungen der Ansteuerungszustände der Ansteuerschaltungsschalter als Funktion der Zeit, der Steuerspannung als Funktion der Zeit, der Ansteuerstromstärke als Funktion der Zeit und der Kraftstoffeinspritzungs-Durchflussrate als Funktion der Zeit enthält.
    • 10 ist eine beispielhafte Darstellung, die ein Steuerkonzept einer Kraftstoffeinspritzer-Betriebsart zeigt, die sich auf beispielhafte Ausführungsformen einschließlich einer dritten beispielhaften Ausführungsform bezieht, die sich auf einen Halbhubbetrieb bezieht, und die entsprechende Darstellungen der Ansteuerungszustände der Ansteuerschaltungsschalter als Funktion der Zeit, der Steuerspannung als Funktion der Zeit, der Ansteuerstromstärke als Funktion der Zeit und der Kraftstoffeinspritzungs-Durchflussrate als Funktion der Zeit enthält.
    • 11 ist eine beispielhafte Darstellung, die ein Steuerkonzept einer Kraftstoffeinspritzer-Betriebsart zeigt, die sich auf beispielhafte Ausführungsformen einschließlich einer vierten beispielhaften Ausführungsform bezieht, die sich auf einen Halbhubbetrieb bezieht, und die entsprechende Darstellungen der Ansteuerungszustände der Ansteuerschaltungsschalter als Funktion der Zeit, der Steuerspannung als Funktion der Zeit, der Ansteuerstromstärke als Funktion der Zeit und der Kraftstoffeinspritzungs-Durchflussrate als Funktion der Zeit enthält.
    • 12 ist eine beispielhafte Darstellung, die ein Steuerkonzept einer Kraftstoffeinspritzer-Betriebsart zeigt, die sich auf beispielhafte Ausführungsformen einschließlich einer fünften beispielhaften Ausführungsform bezieht, die sich auf mehrere Halbhubbetriebs-Einspritzpulse in einem Einspritzzyklus bezieht, und die entsprechende Darstellungen der Ansteuerungszustände der Ansteuerschaltungsschalter als Funktion der Zeit, der Steuerspannung als Funktion der Zeit, der Ansteuerstromstärke als Funktion der Zeit und der Kraftstoffeinspritzungs-Durchflussrate als Funktion der Zeit enthält.
    • 13 ist eine beispielhafte Darstellung, die ein Steuerkonzept einer Kraftstoffeinspritzer-Betriebsart zeigt, die sich auf beispielhafte Ausführungsformen einschließlich einer sechsten beispielhaften Ausführungsform bezieht, die sich auf einen Halbhubbetrieb bezieht, und die entsprechende Darstellungen der Ansteuerungszustände der Ansteuerschaltungsschalter als Funktion der Zeit, der Steuerspannung als Funktion der Zeit, der Ansteuerstromstärke als Funktion der Zeit und der Kraftstoffeinspritzungs-Durchflussrate als Funktion der Zeit enthält.
    • 14 ist eine beispielhafte Darstellung, die ein Steuerkonzept einer Kraftstoffeinspritzer-Betriebsart zeigt, die sich auf beispielhafte Ausführungsformen einschließlich einer siebten beispielhaften Ausführungsform bezieht, die sich auf einen Halbhubbetrieb bezieht, und die entsprechende Darstellungen der Ansteuerungszustände der Ansteuerschaltungsschalter als Funktion der Zeit, der Steuerspannung als Funktion der Zeit, der Ansteuerstromstärke als Funktion der Zeit und der Kraftstoffeinspritzungs-Durchflussrate als Funktion der Zeit enthält.
    • 15 ist eine beispielhafte Darstellung, die ein Steuerkonzept einer Kraftstoffeinspritzer-Betriebsart zeigt, die sich auf beispielhafte Ausführungsformen einschließlich einer achten beispielhaften Ausführungsform bezieht, die sich auf einen Halbhubbetrieb bezieht, und die entsprechende Darstellungen der Ansteuerungszustände der Ansteuerschaltungsschalter als Funktion der Zeit, der Steuerspannung als Funktion der Zeit, der Ansteuerstromstärke als Funktion der Zeit und der Kraftstoffeinspritzungs-Durchflussrate als Funktion der Zeit enthält.
    • 16 ist eine schematische Beispielansicht einer weiteren Ansteuerschaltung eines Kraftstoffeinspritzers gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform.
    • 17 ist eine beispielhafte Darstellung, die ein Steuerkonzept einer Kraftstoffeinspritzer-Betriebsart zeigt, die sich auf beispielhafte Ausführungsformen einschließlich einer neunten beispielhaften Ausführungsform bezieht, die sich auf einen Halbhubbetrieb bezieht, und die entsprechende Darstellungen der Ansteuerungszustände der Ansteuerschaltungsschalter als Funktion der Zeit, der Steuerspannung als Funktion der Zeit, der Ansteuerstromstärke als Funktion der Zeit und der Kraftstoffeinspritzungs-Durchflussrate als Funktion der Zeit enthält.
    • 18 ist eine beispielhafte Darstellung, die einen Steuerkonzeptvergleich von Kraftstoffeinspritzer-Betriebsarten gemäß einer Stromstärkesteuerung (durchgezogene Linien) wie in 7 und gemäß dem Steuerkonzept der Kraftstoffeinspritzer-Betriebsart von 9 basierend auf zwei verschiedenen Parametersätzen (jeweils gestrichelte Linien und gepunktete Linien) zeigt, wobei die entsprechende Darstellungen der Steuerspannung als Funktion der Zeit, der Ansteuerstromstärke als Funktion der Zeit und der Kraftstoffeinspritzungs-Durchflussrate als Funktion der Zeit enthalten sind.
    • 19A ist eine beispielhafte Darstellung, die ein Ablaufdiagramm eines Steuerverfahrens für einen Kraftstoffeinspritzer gemäß beispielhaften Ausführungsformen zeigt.
    • 19B ist eine beispielhafte Darstellung, die ein beispielhaftes Ablaufdiagramm eines Verfahrens einer Ansteuerungszustandssteuerung basierend auf einem Zielphasenprofil während eines Einspritzzyklus in dem Steuerverfahren von 19A gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform des Kraftstoffeinspritzer-Steuerverfahrens (oder in den Steuerverfahren von einer von 20 und 21 in noch weiteren beispielhaften Ausführungsformen) zeigt.
    • 19C ist eine beispielhafte Darstellung, die ein beispielhaftes Ablaufdiagramm eines Verfahrens einer Ansteuerungszustandssteuerung basierend auf einem Zielphasenprofil während eines Einspritzzyklus in dem Steuerverfahren von 19A gemäß einer zweiten beispielhaften Ausführungsform des Kraftstoffeinspritzer-Steuerverfahrens (oder in den Steuerverfahren von einer von 20 und 21 in noch weiteren beispielhaften Ausführungsformen) zeigt.
    • 20 ist eine beispielhafte Darstellung, die ein Ablaufdiagramm eines Steuerverfahrens für einen Kraftstoffeinspritzer gemäß einer dritten beispielhaften Ausführungsform des Kraftstoffeinspritzer-Steuerverfahrens zeigt.
    • 21 ist eine beispielhafte Darstellung, die ein Ablaufdiagramm eines Steuerverfahrens für einen Kraftstoffeinspritzer gemäß einer vierten beispielhaften Ausführungsform des Kraftstoffeinspritzer-Steuerverfahrens zeigt.
    • 22 ist eine beispielhafte Darstellung, die ein beispielhaftes Ablaufdiagramm eines Verfahrens einer Ansteuerungszustandssteuerung basierend auf einem Zielphasenprofil während eines Einspritzzyklus in dem Steuerverfahren von 19A gemäß einer fünften beispielhaften Ausführungsform des Kraftstoffeinspritzer-Steuerverfahrens (oder in den Steuerverfahren von 20 oder 21 in noch weiteren beispielhaften Ausführungsformen) zeigt.
    • 23 stellt beispielhaft eine typische elektrische Repräsentation eines elektromagnetischen Betätigungssystems eines elektromagnetischen Aktors eines Kraftstoffeinspritzers dar.
  • Genaue Beschreibung der Zeichnungen und bevorzugter Ausführungsbeispiele
  • Im Folgenden werden bevorzugte Aspekte und Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Figuren genauer beschrieben. Gleiche oder ähnliche Merkmale in verschiedenen Zeichnungen und Ausführungsformen werden durch ähnliche Bezugsziffern bezeichnet. Es wird darauf hingewiesen, dass die genaue Beschreibung unten, die sich auf verschiedene bevorzugte Aspekte und bevorzugte beispielhafte Ausführungsformen bezieht, den Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung nicht beschränken soll.
  • Beschreibung von Hintergrund und Beispielen
  • Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf 1 bis 4 (entsprechend 1 bis 4 von EP 3 150 831 A1 ) eine Beschreibung vorgenommen, die sich auf ein Kraftstoffeinspritzsystem bezieht, das beispielhaft mit mehreren Kraftstoffeinspritzvorrichtungen (Kraftstoffeinspritzern), einem Drucksensor und einer Ansteuervorrichtung ausgebildet ist. Typischerweise können solche Kraftstoffeinspritzsysteme für Betriebsverfahren vorgesehen sein, wie sie beispielsweise in den folgenden Patentdokumenten EP 2 514 956 A1 , DE 10 2007 024 397 A1 , EP 3 150 831 A1 und US 2016/177855 A1 beschrieben sind und die auf dem sogenannten „Stromstärkesteuerungs“-Konzept zum Betreiben der Kraftstoffeinspritzvorrichtungen (Kraftstoffeinspritzer) basieren.
  • Beispielhaftes Kraftstoffversorgungssystem/Kraftstoffeinspritzsystem
  • Eine beispielhafte Anordnung des Kraftstoffeinspritzsystems wird unter Bezugnahme auf 1 beschrieben. 1 ist eine schematische Beispielansicht eines Kraftstoffversorgungssystems, in dem eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung (ein Kraftstoffeinspritzer), ein Drucksensor, eine Ansteuervorrichtung und eine ECU (Kraftmaschinensteuereinheit) beispielhaft an einer Kraftmaschine mit zylinderinterner Direkteinspritzung montiert sind.
  • Mehrere Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 101A bis 101D (Kraftstoffeinspritzer) sind beispielhaft in jeweiligen Zylindern so installiert, dass jede Kraftstoffeinspritzvorrichtung (jeder Kraftstoffeinspritzer) dazu ausgelegt ist, Kraftstoff oder ein Kraftstoffgemisch jeweils in eine jeweilige Brennkammer 107 einzuspritzen. Beispielhaft wird der Kraftstoff durch eine Kraftstoffpumpe 106 (z. B. eine Hochdruck-Kraftstoffpumpe) gefördert, zu einer Kraftstoffversorgungsleitung 105 (Kraftstoffverteilerleiste) gesendet und zu den Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 101A bis 101D (Kraftstoffeinspritzern) geliefert.
  • Obwohl sich der Kraftstoffdruck in Abhängigkeit von einem Gleichgewicht zwischen einer Durchflussrate des durch die Kraftstoffpumpe 106 ausgestoßenen Kraftstoffs und einer Einspritzmenge (eingespritzten Kraftstoffmenge) des in jede Brennkammer 107 durch die Kraftstoffeinspritzvorrichtungen, die in jedem jeweiligen Zylinder vorgesehen sind, eingespritzten Kraftstoffs ändern kann, kann eine Ausstoßmenge aus der Kraftstoffpumpe 106 unter Verwendung eines vorbestimmten Drucks als Zielwert basierend auf Informationen von einem Drucksensor 102 gesteuert werden.
  • Die Einspritzung von Kraftstoff unter Verwendung der Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 101A bis 101D kann gemäß einer Einspritzpulsbreite, die von einer Kraftmaschinensteuereinheit (ECU) 104 gesendet wird, gesteuert werden, dieser Einspritzpuls kann in eine Ansteuerschaltung 103 der Kraftstoffeinspritzvorrichtung (des Kraftstoffeinspritzers) eingegeben werden und die Ansteuerschaltung 103 ist beispielhaft dazu ausgelegt, basierend auf einem Befehl der ECU 104 eine Ansteuerstromwellenform (ein Stromprofil) zu bestimmen und die Ansteuerstromstärke gemäß der Ansteuerstromwellenform (dem Stromprofil) für eine Zeit, die auf dem Einspritzpuls basiert. an die Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 101A bis 101D zu liefern.
  • Im Übrigen kann die Ansteuerschaltung 103 als Teil der ECU 104 oder ein Substrat, das mit dieser in manchen Fällen integriert ist, montiert sein. Eine Vorrichtung, in der die Ansteuerschaltung 103 und die ECU 104 integriert sind, wird als Steuervorrichtung 150 bezeichnet. In anderen Beispielaspekten können die ECU und die Einspritzsteuerschaltung getrennt vorgesehen sein. In einigen Beispielaspekten können eine oder mehrere Ansteuerschaltungen pro Kraftstoffeinspritzvorrichtung vorgesehen sein, indem z. B. jeder Kraftstoffeinspritzer seine eigene zugeordnete Ansteuerschaltung aufweist, während in anderen Beispielaspekten eine oder mehrere Ansteuerschaltungen für mehrere Kraftstoffeinspritzvorrichtungen vorgesehen sein können, indem z. B. eine einzige Ansteuerschaltung für einige oder alle Kraftstoffeinspritzer vorgesehen ist.
  • Zunächst werden eine Beispielanordnung und ein Grundbetrieb der Kraftstoffeinspritzvorrichtung und der Ansteuervorrichtung dafür beschrieben.
  • 2 ist eine beispielhafte vertikale Querschnittsansicht der Kraftstoffeinspritzvorrichtung (des Kraftstoffeinspritzers) und eine beispielhafte Darstellung, die eine Anordnung der Ansteuerschaltung und der Kraftmaschinensteuereinheit (ECU), die mit der Kraftstoffeinspritzvorrichtung verbunden sind, zeigt und 3 ist eine beispielhafte Darstellung, die eine vergrößerte Querschnittsansicht einer Ansteuereinheitsstruktur der Kraftstoffeinspritzvorrichtung von 2 zeigt.
  • Insbesondere ist 2 eine beispielhafte vertikale Querschnittsansicht einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung 101 (eines Kraftstoffeinspritzers) und eine Darstellung, die ein Beispiel einer Anordnung der ECU 104 und der Ansteuerschaltung 103 zum Ansteuern der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 101 zeigt. Im Übrigen werden die zu Teilen in 1 äquivalenten Teile in 2 und 3 durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
  • Die ECU 104 empfängt ein Signal, das einen Kraftmaschinenzustand angibt, aus verschiedenen Sensoren und führt eine Berechnung der Einspritzpulsbreite durch, die für die Steuerung der Einspritzmenge (Kraftstoffeinspritzmenge), die aus der Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß einer Betriebsbedingung einer Brennkraftmaschine eingespritzt werden soll, und einer Einspritzzeitvorgabe ausgelegt ist. Zusätzlich kann die ECU 104 mit einem A/D-Umsetzer und einem I/O-Anschluss versehen sein, die dazu ausgelegt sind, das Signal aus verschiedenen Sensoren zu empfangen.
  • Die Einspritzpulsausgabe aus der ECU 104 wird in die Ansteuerschaltung 103 der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 101 über eine Signalleitung 110 eingegeben. Die Ansteuerschaltung 103 steuert eine Spannung, die an einen Elektromagneten 205 (elektromagnetischen Aktor) der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 101 angelegt werden soll, und liefert die Ansteuerstromstärke gemäß der erwünschten Stromwellenform (dem Stromprofil).
  • Die ECU 104 führt eine Kommunikation mit der Ansteuerschaltung 103 über eine Kommunikationsleitung 111 durch und kann die Ansteuerstromstärke, die durch die Ansteuerschaltung 103 erzeugt wird, gemäß dem Druck des an die Kraftstoffeinspritzvorrichtung gelieferten Kraftstoffs oder der Betriebsbedingung umschalten und die Einstellungswerte der Stromstärke und der Zeit ändern.
  • Die ECU 104 kann mit einem oder mehreren Steuerprogrammen ausgebildet sein. Die Steuerprogramme können dazu ausgelegt sein, die ECU 104 dazu zu veranlassen, Steuersignale auf der Basis von empfangenen Signalen aus anderen Steuervorrichtungen und/oder aus Sensoren und/oder basierend auf vorgespeicherten Daten zu berechnen. Beispielsweise kann die ECU 104 durch ein oder mehrere dedizierte Steuerprogramme dazu ausgelegt sein, Steuersignale zu berechnen und auszugeben, die an die Ansteuerschaltung(en) 103 zum Steuern der Kraftstoffeinspritzvorrichtung(en) 101 ausgegeben werden.
  • Beispielhafte(r) Kraftstoffeinspritzvorrichtung/Kraftstoffeinspritzer
  • Als Nächstes werden die beispielhafte Konfiguration und der Betrieb der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 101 (des Kraftstoffeinspritzers) unter Bezugnahme auf den vertikalen Querschnitt der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 101 in 2 und ein Querschnittsansicht von 3, in der die Umgebung eines beweglichen Ankerelements 202 (beweglichen Elements) und eines beweglichen Ventilkörpers 214 (Ventilelements) vergrößert ist, beschrieben. Im Übrigen werden die Teile, die zu jenen in 2 äquivalent sind, in 3 durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
  • Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 101, die in 2 und 3 dargestellt ist, ist beispielhaft ein normalerweise geschlossenes elektromagnetisches Ventil (eine elektromagnetische Kraftstoffeinspritzvorrichtung), und der Ventilkörper 214 ist beispielhaft in einem nicht erregten Zustand eines Elektromagneten 205 (elektromagnetischen Aktors) der Einspritzvorrichtung 101 in einer Ventilschließrichtung durch eine Feder 210 (erste Feder) vorbelastet und der Ventilkörper 214 ist in geschlossenem Kontakt mit einem Ventilsitz 218, um in dem nicht erregten Zustand des Solenoids 205 (elektromagnetischer Aktor) der Einspritzvorrichtung 101 einen Ventilschließzustand zu bilden.
  • In dem Ventilschließzustand wirkt auf das bewegliche Ankerelement 202 eine Kraft, die beispielhaft durch eine Rückstellfeder 212 (zweite Feder) in einer Ventilöffnungsrichtung erzeugt wird, ein. Zu diesem Zeitpunkt ist eine Kraft, die von der Feder 210 erzeugt wird und auf den Ventilkörper 214 wirkt, größer als die Kraft, die von der Rückstellfeder 212 erzeugt wird, und somit ist eine Stirnfläche 302 des beweglichen Ankerelements 202 mit dem Ventilkörper 214 in Kontakt und das bewegliche Ankerelement 202 kommt zur Ruhe.
  • Zudem sind der Ventilkörper 214 und das bewegliche Ankerelement 202 beispielhaft relativ verschiebbar ausgebildet und beispielsweise in einem Düsenhalter 201 beinhaltet. Zusätzlich weist der Düsenhalter 201 beispielhaft eine Stirnfläche 303 auf, die als Federsitz der Rückstellfeder 212 dient. Die durch die Feder 210 erzeugte Kraft kann beispielsweise zu der Zeit der Montage durch eine Druckmenge einer Federklemme 224 angepasst werden, die beispielhaft an einem Innendurchmesser eines festen Kerns 207 befestigt ist.
  • Zusätzlich ist eine Magnetkreis beispielhaft aus dem festen Kern 207, dem beweglichen Ankerelement 202, dem Düsenhalter 201 und einem Gehäuse 203 in der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 101 ausgebildet und ein Luftspalt ist beispielhaft zwischen dem beweglichen Ankerelement 202 und dem festen Kern 207 bereitgestellt.
  • Eine magnetische Drossel 211 ist beispielhaft in einem Teil des Düsenhalters 201 ausgebildet, der beispielhaft dem Luftspalt zwischen dem beweglichen Ankerelement 202 und dem festen Kern 207 entspricht. Der Elektromagnet 205 ist beispielhaft in dem Zustand, in dem er um einen Spulenträger 204 gewickelt ist, an einer Außenumfangsseite des Düsenhalters 201 angebracht. Eine Stangenführung 215 ist beispielhaft in der Nähe eines Spitzenendes des Ventilkörpers 214 auf der Seite des Ventilsitzes 218 vorgesehen.
  • Die Bewegung des Ventilkörpers 214 in einer Ventilachsenrichtung wird beispielhaft durch zwei Gleitabschnitte eines Federsockels des Ventilkörpers 214 und die Stangenführung 215 geführt. Eine Öffnungskappe 216, in der beispielhaft der Ventilsitz 218 und ein Kraftstoffeinspritzloch 219 ausgebildet sind, ist beispielhaft an dem vorderen Ende des Düsenhalters 201 befestigt, um einen zwischen dem beweglichen Ankerelement 202 und dem Ventilkörper 214 von der Außenseite bereitgestellten Innenraum (Kraftstoffkanal) abzudichten.
  • Der Kraftstoff, der an die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 101 geliefert werden soll, wird von der Kraftstoffversorgungsleitung 105 (siehe 1) geliefert, die stromaufwärts von der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 101 vorgesehen ist und fließt durch ein erstes Kraftstoffdurchgangsloch 231, um bis zu einem Spitzenende des Ventilkörpers 214 zu fließen, und der Kraftstoff wird durch einen Sitzabschnitt, der an einem Ende des Ventilkörpers 214 auf der Seite des Ventilsitzes 218 ausgebildet ist, und den Ventilsitz 218 abgedichtet.
  • Wenn das Ventil geschlossen ist, wird aufgrund des Kraftstoffdrucks zwischen einer oberen Seite und einer unteren Seite des Ventilkörpers 214 ein Differenzdruck erzeugt und der Ventilkörper 214 wird durch den Differenzdruck der durch Multiplizieren des Kraftstoffdrucks mit einer Druckaufnahmefläche eines Sitzinnendurchmessers in einer Ventilsitzposition erhalten wird, und die Last der Feder 210 in die Ventilschließrichtung gedrückt.
  • Wenn die Ansteuerstromstärke in dem Ventilschließzustand des Ventils an den Elektromagneten 205 geliefert wird, wird ein Magnetfeld in dem Magnetkreis erzeugt, ein Magnetfluss verläuft zwischen dem festen Kern 207 und dem beweglichen Ankerelement 202 und eine magnetische Anziehungskraft wirkt auf das bewegliche Ankerelement 202. Das bewegliche Ankerelement 202 beginnt sich zu einem Zeitpunkt, zu dem die magnetische Anziehungskraft, die auf das bewegliche Ankerelement 202 wirkt, die durch den Differenzdruck und die Feder 210 verursachte Belastung übersteigt, in Richtung des festen Kerns 207 zu verschieben.
  • Nachdem der Ventilkörper 214 einen Ventilöffnungsvorgang beginnt (d. h., wenn sich der Ventilkörper 214 von dem Ventilsitz 218 weg in die Ventilöffnungsrichtung bewegt), bewegt sich das bewegliche Ankerelement 202 zu der Position des festen Kerns 207 und nach einer bestimmten Verschiebung kollidiert das bewegliche Ankerelement 202 mit dem festen Kern 207 (oder einem anderen Anschlagelement). Nach dieser Kollision zwischen dem beweglichen Ankerelement 202 und dem festen Kern 207 kann das bewegliche Ankerelement 202 durch Aufnehmen einer Reaktionskraft von dem festen Kern 207 zurückprallen. Allerdings wird das bewegliche Ankerelement 202 durch den festen Kern 207 durch die magnetische Anziehungskraft, die auf das bewegliche Ankerelement 202 wirkt, angezogen und stoppt schließlich seine Bewegung, um in Kontakt mit dem festen Kern 207 (oder einem anderen Anschlagelement) zu ruhen.
  • Zu dieser Zeit wirkt die Kraft auf das bewegliche Ankerelement 202 aufgrund der Rückstellfeder 212 in Richtung des festen Kerns 207 und somit kann die Zeit, die erforderlich ist, damit der Rückprall konvergiert, verkürzt werden. Die Zeit, in der der Spalt zwischen dem beweglichen Ankerelement 202 und dem festen Kern 207 groß wird, wird mit einem kleineren Rückprallvorgang verkürzt und es kann ein stabiler Betrieb für kleinere Einspritzpulsbreiten durchgeführt werden.
  • Das bewegliche Ankerelement 202 und der Ventilkörper 202, die den Ventilöffnungsvorgang wie oben beschrieben beendet haben, kommen in einem Ventilöffnungszustand zur Ruhe. In dem Ventilöffnungszustand existiert ein Spalt zwischen dem Ventilkörper 202 und dem Ventilsitz 218 und der Kraftstoff wird aus dem Einspritzloch 219 eingespritzt. Der Kraftstoff fließt stromabwärts, indem durch ein Mittelloch, das in dem festen Kern 207 vorgesehen ist, und eine untere Kraftstoffdurchgangsöffnung 305, die in dem beweglichen Ankerelement 202 vorgesehen ist, strömt.
  • Wenn die Erregung des Elektromagneten 205 ausgeschaltet wird, verschwindet der im Magnetkreis erzeugte Magnetfluss und die magnetische Anziehungskraft verschwindet ebenfalls. Wenn die auf das bewegliche Ankerelement 202 wirkende magnetische Anziehungskraft verschwindet, werden das bewegliche Ankerelement 202 und der Ventilkörper 214 durch die Belastung der Feder 210 und den Differenzdruck in die Ventilschließposition in Kontakt mit dem Ventilsitz 218 gedrückt.
  • Zudem wird der Ventilkörper 214 dann, wenn der Ventilkörper 214 aus dem Ventilöffnungszustand geschlossen wird, mit dem Ventilsitz 218 in Kontakt gebracht, und dann wird das bewegliche Ankerelement 202 von dem Ventilkörper 214 getrennt und bewegt sich in dem Ventilschließrichtung und kehrt durch die Rückstellfeder 212 zu einer Anfangsposition in dem Ventilschließzustand zurück, nachdem es für eine bestimmte Zeit lang Fahrt aufgenommen hat. Wenn sich das bewegliche Ankerelement 202 in dem Moment, in dem der Ventilkörper 214 das Schließen des Ventils beendet, von dem Ventilkörper 214 trennt, kann die Masse eines beweglichen Elements in dem Moment, in dem der Ventilkörper 214 mit dem Ventilsitz 218 kollidiert, um eine Menge, die der Masse des beweglichen Ankerelements 202 entspricht, reduziert werden und somit kann die Kollisionsenergie zu dem Zeitpunkt der Kollision mit dem Ventilsitz 218 verringert werden, und der Rückprall des Ventilkörpers 214, der erzeugt wird, wenn der Ventilkörper 214 mit dem Ventilsitz 218 kollidiert, kann unterdrückt werden.
  • In der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 101 gemäß dem vorliegenden Beispiel können der Ventilkörper 214 und das bewegliche Ankerelement 202 einen Effekt der Unterdrückung des Rückpralls des beweglichen Ankerelements 202 in Bezug auf den festen Kern 207 und des Rückpralls des Ventilkörpers 214 in Bezug auf den Ventilsitz 218 durch Bewirken einer relativen Verschiebung in einer sehr kurzen Zeitspanne in dem Moment, in dem das bewegliche Ankerelement 202 während des Öffnens des Ventils mit dem festen Kern 207 kollidiert, und in dem Moment, in dem der Ventilkörper 214 während des Schließens des Ventils mit dem Ventilsitz 218 kollidiert, erzielen.
  • Wie zuvor erwähnt zeigt 2 beispielhaft eine elektromagnetisch betätigte Kraftstoffeinspritzvorrichtung 101 mit einem im Wesentlichen zylindrischen rohrförmigen Körper, der mit einer Spitze endet, die eine Auslassöffnung aufweist, die durch ein Ventilelement 214 (einen Ventilkörper) gesteuert wird, das von einem elektromagnetischen Aktor 205 betätigt wird. Beispielsweise kann der elektromagnetische Aktor 205 ein Elektromagnet oder eine Spule sein, die n Windungen haben kann.
  • Das Ventilelement 214 kann einen stabförmigen Körper aufweisen, der in dem Einspritzerkörper axial geführt ist und als Kolben fungieren kann. An einem Ende kann das Ventilelement 214 physisch durch ein Ankerelement 202 kontaktiert werden, das durch die Wirkung des elektromagnetischen Aktors 205 eine Verschiebung des Ventilelements 214 bewirkt. Die Verschiebung ist zwischen einer geschlossenen Position und einer offenen Position eines Ventilsitzes 218
  • Das Ankerelement 202 ist beispielhaft zwischen einer Ruheposition, die niedriger als die Ruheposition des Ventilelements 214 ist, und einer offenen Position bewegbar. Der elektromagnetische Aktor 205 kann dann, wenn er erregt wird, wiederum einen Magnetkern 207 erregen, und das Ankerelement 202 kann angesichts der elektromagnetischen Kraft, die der Magnetkern 207 auf das Ankerelement 202 ausübt, bewegt werden.
  • Das Ankerelement 202 kann wiederum das Ventilelement 214 durch physisches Kontaktieren (d. h. durch physisches Kontaktieren eines Abschnitts des Ventilelements 214) bewegen. Das Ventilelement 214 kann somit durch die elektromagnetische Kraft über das Ankerelement 202 zwischen zwei Grenzpositionen bewegt werden: einer geschlossenen Position, in der die Spitze des Ventilelements 214 auf dem Ventilsitz 218 ruht, und einer vollständig geöffneten Position, in der die Spitze des Ventilelements 214 den maximal möglichen Abstand von dem Ventilsitz 218 erreicht. Dieser maximal mögliche Abstand kann einer Position entsprechen, in der das Ventilelement 214 und/oder das Ankerelement 202 mit dem Kern oder einem entsprechenden Anschlag, der entlang der axialen Richtung positioniert ist, die durch den stabförmigen Körper definiert ist, und der verhindert, dass das Ventilelement und/oder das Ankerelement über eine vorbestimmte vollständig geöffnete Position hinauslaufen, in Kontakt kommen.
  • Der in 2 gezeigte Kraftstoffeinspritzer (die Kraftstoffeinspritzvorrichtung) ist beispielhaft als ein Einspritzer von einem sich nach innen öffnenden Typ ausgeführt, d. h. ein Erregen des elektromagnetischen Aktors 205 führt zu einer Bewegung des Ventilelements in die Öffnungsrichtung, d. h. in die Einwärtsrichtung . Das Ventilelement 214 wird aus seiner Sitzposition herausgezogen und somit kann ein Kraftstoffeinspritzvorgang durchgeführt werden.
  • Es sollte jedoch beachtet werden, dass die Lehren der vorliegenden Offenbarung nicht auf den Einspritzer vom sich nach innen öffnenden Typ beschränkt sind, sondern die Lehren der vorliegenden Offenbarung leicht an die anderen Arten von Einspritzern angepasst werden können. Beispielsweise kann ein Ventil vom einem sich nach außen öffnenden Typ verwendet werden. Es sollte daher verstanden werden, dass 2 beispielhaft einen möglichen Typ einer elektromagnetisch betätigten Kraftstoffeinspritzvorrichtung darstellt und verschiedene und vielfältige andere Konfigurationen möglich sein können und in der Tat möglich sind.
  • Der elektromagnetische Aktor kann zudem im Allgemeinen so betrieben werden, dass die Spitze des Ventilelements nicht die Position, die in Kontakt mit dem Ventilelementanschlag steht, (vollständig geöffnete Position) erreicht, sondern stattdessen eine Position erreicht, die zwischen der geschlossenen Position und der vollständig geöffneten Position liegt (d. h. eine Zwischenposition). Dieser Steuerbetrieb wird im Allgemeinen als Halbhub-Betrieb bezeichnet. Die Halbhub-Betriebssteuerung ist in einigen Anwendungen besonders nützlich, da sie die minimale Einspritzmenge weiter reduzieren kann, ohne die maximale Einspritzmenge zu beeinflussen. Jedoch sind stabile und präzise Einspritzzyklen mit einer niedrigen Puls-zu-Puls-Variation bei einem solchen Halbhub-Betrieb von Einspritzpulsen immer noch wünschenswert.
  • Beispielhafter Stromstärkesteuerungsbetrieb
  • Als Nächstes wird eine beispielhafte Beschreibung bezüglich Beziehungen zwischen einem von der ECU 104 ausgegebenen Einspritzpuls, einer Ansteuerspannung an beiden Anschlussenden des Elektromagneten 205 der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 101, einer Ansteuerstromstärke (Erregungsstromstärke) und einer Verschiebungsgröße (Ventilkörperverhalten) des Ventilkörpers 214 der Kraftstoffeinspritzvorrichtung unter Bezugnahme auf 4 gegeben.
  • 4 ist eine beispielhafte Darstellung, die ein Steuerkonzept, das als „Stromstärkesteuerung“ bezeichnet wird, und die entsprechenden Beziehungen zwischen einem allgemeinen Einspritzpuls zum Ansteuern der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 101, einer jeweiligen Zeitvorgabe einer Ansteuerspannung und einer Ansteuerstromstärke, die an die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 101 geliefert werden soll, und einer Ventilkörperverschiebungs-Größe und -Zeit zeigt.
  • Wenn ein Einspritzpulssignal in die Ansteuerschaltung 103 eingegeben wird, legt die Ansteuerschaltung 103 eine Hochspannung VH 401 (manchmal auch als „Hochsetzspannung“ bezeichnet) aus einer Hochspannungsquelle an den Elektromagneten 205 an, die auf eine Spannung, die höher als eine Batteriespannung, hochgesetzt ist, um die Zufuhr des Ansteuerstroms zu dem Elektromagneten 205 zu starten.
  • Wenn der Stromstärkewert des Stroms durch den Elektromagneten 205 einen Spitzenstromwert Ipeak erreicht, der im Voraus für die ECU 104 eingestellt werden kann, wird das Anlegen der Hochspannung 401 gestoppt. Eine solche Phase, in der die Hochspannung 401 („Hochsetzspannung“) angelegt wird, kann als Hochsetzphase bezeichnet werden.
  • Die obige Steuerung der Ansteuerstromstärke wird als ein Teil einer Stromstärkesteuerung bezeichnet, da der Zeitpunkt des Anlegens der Hochspannung 401 („Hochsetzspannung“) durch die Bedingung bestimmt wird, ob der Ansteuerstromstärke in dem Elektromagneten 205 den vorbestimmten Spitzenstromwert Ipeak erreicht hat.
  • Dementsprechend ist eine solche Hochsetzphase in einem Stromregelungsschema typischerweise dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerstromstärke in jedem Einspritzzyklus auf den gleichen vorbestimmten Spitzenstromwert Ipeak ansteigt und dann die Versorgung mit der Hochspannung 401 („Hochsetzspannung“) beendet wird, sobald die Ansteuerstromstärke den vorgegebenen Spitzenstromwert Ipeak erreicht.
  • Danach wird der anzulegende Spannungswert beispielsweise auf 0 V oder niedriger eingestellt, um den Stromstärkewert wie eine Stromstärke402 in 4 zu verringern. Wenn der Stromstärkewert niedriger als ein vorbestimmter Stromstärkewert 404 (Ziel-Haltestromwert) wird, wendet die Ansteuerschaltung 103 eine PWM-gesteuerte Spannungsschaltung zwischen EIN und AUS zwischen einer Batteriespannung VB und 0 V (oder niedriger) durch PWM-gesteuertes Schalten von jeweiligen Ansteuerungsschaltern der Ansteuerschaltung 103 an und führt eine Steuerung so durch, dass eine vorbestimmte Stromstärke 403 (der Ziel-Haltestromwert) gehalten wird.
  • Insgesamt wird in diesem Hintergrundbeispiel die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 101 beispielsweise gemäß dem oben beschriebenen Stromprofil (durch Stromregelung) angesteuert, das insbesondere durch den vorgegebenen Spitzenstromwert Ipeak (zu erreichen während der Hochsetzphase) und den Haltestromwert 403 (Ziel-Haltestromwert) des zugeführten Ansteuerstroms gekennzeichnet ist.
  • Das bewegliche Ankerelement 202 und der Ventilkörper 214 beginnen zu einer Zeitvorgabe t41 zwischen dem Anlegen der Hochspannung 401 (VH) und dem Erreichen des Spitzenstromwerts Ipeak, sich zu verschieben, und danach erreichen das bewegliche Ankerelement 202 und der Ventilkörper 214 die maximalen Öffnungszustände. Das bewegliche Ankerelement 202 kann mit dem festen Kern 207 zu der Zeitvorgabe t42 kollidieren, zu der das bewegliche Ankerelement 202 die maximale Öffnungsposition erreicht, und das bewegliche Ankerelement 202 kann den Rückprallvorgang gegen den Kern 207 durchführen (siehe zwischen Zeitpunkten t42 und t43 in 4).
  • Da der Ventilkörper 214 beispielsweise in Bezug auf das bewegliche Ankerelement 202 relativ verschiebbar ausgebildet sein kann, ist der Ventilkörper 214 beispielsweise von dem beweglichen Ankerelement 202 getrennt (siehe zwischen Zeitpunkten t42 und t43 in 4) und die Verschiebung des Ventilkörpers 214 kann überschießen, wobei die maximale Öffnungsposition des Ankerelements 202 überschritten wird. Zudem kann der Ventilkörper 214 an der maximalen Öffnungsposition (vollständig geöffneten Position) auf einen zusätzlich vorgesehenen Anschlag treffen. Danach kommt das bewegliche Ankerelement 202 an der Position mit der vorbestimmten maximalen Öffnung aufgrund der durch den Haltestrom 403 erzeugten magnetischen Anziehungskraft und der Kraft der Rückstellfeder 212 in der Ventilöffnungsrichtung zur Ruhe und ferner wird der Ventilkörper 214 auf das bewegliche Ankerelement 202 gesetzt und kommt zu der Zeit t44 an der Position mit der maximalen Öffnung (vollständig geöffneten Position) zur Ruhe, wodurch ein Ventilöffnungszustand gebildet wird.
  • Unter den meisten Betriebsbedingungen ist ein schnelles Öffnen und Schließen des Einspritzerventils erwünscht. Daher wird typischerweise wie oben beschrieben die anfängliche Hochsetzphase verwendet, was zu einer schnell ansteigenden Ansteuerstrom führt (schneller Stromstärkeanstieg vor Erreichen des Spitzenstromwerts Ipeak, der basierend auf dem gewünschten Stromprofil vorbestimmt ist).
  • Während der Zeitspanne (Haltephase), in der das Einspritzventil in der geöffneten Position bleiben sollte (in der die geöffnete Position nach der Zeit t44 in 4 gehalten wird), kann eine vordefinierter Haltestromstärke mit dem Zweck erzeugt werden, eine konstante elektromagnetische Haltekraft zu erreichen, um den Einspritzventilkörper 214 in der geöffneten Position zu halten. Insbesondere kann eine Stromhaltephase verwendet werden, um das Ventil für eine gewünschte Zeitspanne vollständig offen zu halten. Aufgrund der durch die Haltestromstärke 403 erzeugten Kraft bleiben der Ventilkörper 214 und das bewegliche Ankerelement 202 in dem Öffnungszustand der maximalen Öffnung (vollständig geöffneten Position), bevor sie sich wieder schließen, nachdem die Ansteuerstromstärke durch die Phase mit schnellem Abfall auf null zurückgefahren worden ist. Speziell wird an dem Ende der gewünschten Aktivierungszeitvorgabe eine schnelle Schwächung der Ansteuerstromstärke typischerweise in einer Phase mit schnellem Abfall oder „Rücksetz“-Phase erreicht.
  • Angesichts des Obigen ist 4 ein Beispiel eines Steuerns eines Einspritzzyklus in einem Kraftstoffeinspritzer gemäß einem sogenannten Vollhub-Betrieb unter Verwendung des Konzepts der Stromstärkesteuerung, bei der der Ansteuerbetrieb auf einem erwünschten Zielstromprofil oder einer Zielstromwellenform (die durch den Spitzenstromwert Ipeak der Hochsetzphase und einen oder mehrere Ziel-Haltestromwerte, die durch eine Stromstärkesteuerung mit geschlossener Schleife gehalten werden, die z. B. auf PWM-Schaltvörgängen basiert, definiert sein kann) basiert.
  • Beispielhafte Ansteuerschaltung
  • Als Nächstes wird eine beispielhafte Beschreibung einer beispielhaften Konfiguration einer Ansteuerschaltung 103 unter Bezugnahme auf 5 gegeben. 5 ist eine beispielhafte schematische Ansicht einer Ansteuerschaltung 103 eines Kraftstoffeinspritzers gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
  • Eine solche Ansteuerschaltung 103 kann zum Steuern/Betreiben des Einspritzventils gemäß der oben beschriebenen Stromstärkesteuerung verwendet werden. Jedoch kann eine solche Ansteuerschaltung 103 beispielsweise ferner für Betriebsverfahren von beispielhaften Ausführungsformen, die unten diskutiert sind, verwendet werden.
  • Die Ansteuerschaltung 103 enthält beispielhaft eine Hochspannungsschaltungsseite, die mit einer Hochspannungsquelle verbunden ist, die eine Hochspannung V_Boost liefert (z. B. eine erhöhte Spannung, die zumindest während einer kurzen Zeitspanne während einer Hochsetzphase zugeführt werden kann, wie es oben erörtert ist), und mit einer Niederspannungsquelle, die eine Niederspannung V_Bat liefert (die z. B. als Batteriespannung von einer oder mehreren Batterien geliefert wird). Die Ansteuerschaltung 103 enthält ferner beispielsweise eine Niederspannungsschaltungsseite und der elektromagnetische Aktor (beispielsweise der Elektromagnet 205) der Kraftstoffeinspritzvorrichtung ist zwischen der Hoch- und Niederspannungsschaltungsseite angeschlossen.
  • Beispielhaft ist die Hochspannungsquelle, die die Hochspannung V_Boost liefert, mit der Hochspannungsseite des elektromagnetischen Aktors (z. B. dem Elektromagneten 205) des Kraftstoffeinspritzers über einen Schalter SW_1 (kann als „Hochsetzschalter“ bezeichnet werden) verbunden und die Niederspannungsseite des elektromagnetischen Aktors (z. B. des Elektromagneten 205) des Kraftstoffeinspritzers ist beispielhaft über einen Schalter SW_2 (der als „Niederseitenschalter“ bezeichnet werden kann) mit dem Massepotential verbunden. Ferner ist die Niederspannungsquelle, die die Niederspannung V_Bat liefert, mit der Hochspannungsseite des elektromagnetischen Aktors (z. B. dem Elektromagneten 205) des Kraftstoffeinspritzers über einen Schalter SW_3 verbunden (kann als „Batterieschalter“ bezeichnet werden).
  • Beispielsweise können die Schalter SW_1 bis SW_3 als MOSFET-Halbleiterschalter implementiert sein, die von einer Schalteransteuerlogik 124 der Ansteuerschaltung 103 angesteuert werden, die über Signalleitungen (gestrichelte Linien) mit den jeweiligen Gateanschlüssen der Schalter SW_1 bis SW_3 verbunden ist. Die Erfindung ist jedoch nicht auf MOSFET-Halbleiterschalter beschränkt und irgendeine Art von steuerbaren elektrischen Schaltern kann in einer Ansteuerschaltung anderer beispielhafter Ausführungsformen verwendet werden.
  • Die Niederspannungsseite des elektromagnetischen Aktors (z. B. des Elektromagneten 205) des Kraftstoffeinspritzventils ist ferner beispielhaft mit der Hochspannungsquelle, die die Hochspannung V_Boost liefert, durch eine Diode D1 verbunden, deren Vorwärtsrichtung zu der Hochspannungsquelle hin weist, wodurch der Strom von der Hochspannungsquelle zu der Niederspannungsseite des elektromagnetischen Aktors (z. B. des Elektromagneten 205) des Kraftstoffeinspritzers blockiert wird.
  • Die Hochspannungsseite des elektromagnetischen Aktors (z. B. des Elektromagneten 205) des Kraftstoffeinspritzers ist ferner beispielhaft durch eine Diode D2, deren Vorwärtsrichtung in Richtung der Hochspannungsschaltungsseite weist, mit dem Massepotential verbunden, wodurch der Strom von der Hochspannungsschaltungsseite in Richtung Massepotential blockiert wird.
  • Beispielhafte Ansteuerungszustände
  • Grundsätzlich kann eine solche Ansteuerschaltung 103 gemäß 5, die oben diskutiert ist, verwendet werden, um Schaltkonfigurationen der Schalter SW_1, SW_2 und SW_3 zumindest entsprechend den folgenden Ansteuerungszuständen bereitzustellen:
  • Hochsetz-Ansteuerungszustand
  • In einem „Hochsetz-Ansteuerungszustand“ kann die Schalteransteuerlogik 124 der Ansteuerschaltung 103 Aktivierungssignale an die Gates der Schalter SW_1 und SW_2 liefern, so dass beide Schalter SW_1 und SW_2 in dem EIN-Zustand (elektrisch geschlossenen Zustand, d. h. in dem leitenden Zustand) sind, und der Schalter SW_3 bleibt in seinem jeweiligen AUS-Zustand (elektrisch geöffnet, d. h. im nicht leitenden Zustand) deaktiviert.
  • In dem „Hochsetz-Ansteuerungszustand“ ist die Hochspannungsquelle, die die Hochspannung V_Boost liefert, mit der Hochspannungsseite des elektromagnetischen Aktors (z. B. dem Elektromagneten 205) des Kraftstoffeinspritzers durch den elektrisch geschlossenen Schalter SW_1 leitend verbunden und die Niederspannungsseite des elektromagnetischen Aktors (z. B. des Elektromagneten 205) des Kraftstoffeinspritzventils ist beispielhaft durch den elektrisch geschlossenen Schalter SW_2 leitend mit dem Massepotential verbunden.
  • Dementsprechend wird in dem „Hochsetz-Ansteuerungszustand“ ermöglicht, dass der Ansteuerstrom durch den elektromagnetischen Aktor (z. B. den Elektromagneten 205) des Kraftstoffeinspritzers von der Hochspannungsquelle, die die Hochspannung V_Boost liefert, durch den elektrisch geschlossenen Schalter SW_1 zu dem elektromagnetischen Aktor, durch den elektromagnetischen Aktor, und dann von dem elektromagnetischen Aktor durch den elektrisch geschlossenen Schalter SW_2 zu der Massepotentialseite fließt.
  • Das heißt, in dem „Hochsetz-Ansteuerungszustand“ wird ein hoher Spannungspegel der Hochspannung V_Boost während des „Hochsetz-Ansteuerungszustands“ aktiv angelegt und die Ansteuerstromstärke in dem elektromagnetischen Aktor wird schnell erhöht und das Magnetfeld in dem elektromagnetischen Aktor baut sich aufgrund der schnell ansteigenden Ansteuerstromstärke rapide auf. Aus diesem Grund kann der „Hochsetz-Ansteuerungszustand“ als aktiver Ansteuerungszustand oder als ein Ansteuerungszustand des aktiven Steuerns des elektromagnetischen Aktors bezeichnet werden.
  • Ansteuerungszustand mit normalem Abfall
  • In einem „Ansteuerungszustand mit normalem Abfall“ kann die Schalteransteuerlogik 124 der Ansteuerschaltung 103 Aktivierungssignale an das Gate des Schalters SW_2 liefern, so dass der Schalter SW_2 in dem EIN-Zustand (elektrisch geschlossenen Zustand, d. h. in dem leitenden Zustand) ist und die Schalter SW_1 und SW_3 verbleiben in ihren jeweiligen AUS-Zuständen (elektrisch geöffnet, d. h. in dem nicht leitenden Zustand) deaktiviert.
  • Dementsprechend wird während des Ansteuerungszustands mit normalem Abfall keine Spannung aktiv angelegt und ermöglicht, dass sich das Magnetfeld in dem elektromagnetischen Aktor zerstreut und die Ansteuerstromstärke in dem elektromagnetischen Aktor sich verringert, z. B. gemäß einer exponentiellen Abnahme, während sie durch die elektrische Schleife durch die Diode D2 zu dem elektromagnetischen Aktor und dann durch den leitend geschlossenen Schalter SW_2 zu Masse läuft. Aus diesem Grund kann der „Ansteuerungszustand mit normalem Abfall“ als passiver Ansteuerungszustand oder Ansteuerungszustand des passiven Steuerns des elektromagnetischen Aktors bezeichnet werden.
  • Halte-Ansteuerungszustand
  • In einem „Halte- Ansteuerungszustand“ kann die Schalteransteuerlogik 124 der Ansteuerschaltung 103 Aktivierungssignale an die Gates der Schalter SW_3 und SW_2 liefern, so dass beide Schalter SW_3 und SW_2 in dem EIN-Zustand (elektrisch geschlossenen Zustand, d. h. in dem leitenden Zustand) sind und der Schalter SW_1 bleibt in seinem jeweiligen AUS-Zustand (elektrisch geöffnet, d. h. in dem nicht leitenden Zustand) deaktiviert.
  • In dem „Halte- Ansteuerungszustand“ ist die Niederspannungsquelle, die die Niederspannung V_Bat liefert, mit der Hochspannungsseite des elektromagnetischen Aktors (z. B. dem Elektromagneten 205) des Kraftstoffeinspritzers durch den elektrisch geschlossenen Schalter SW_3 leitend verbunden und die Niederspannungsseite des elektromagnetischen Aktors (z. B. des Elektromagneten 205) des Kraftstoffeinspritzventils ist beispielhaft durch den elektrisch geschlossenen Schalter SW_2 leitend mit dem Massepotential verbunden.
  • Dementsprechend wird in dem „Halte- Ansteuerungszustand“ ermöglicht, dass der Ansteuerstrom durch den elektromagnetischen Aktor (z. B. den Elektromagneten 205) des Kraftstoffeinspritzers von der Niederspannungsquelle, die die niedrige Spannung V_Bat liefert, durch den elektrisch geschlossenen Schalter SW_3 zu dem elektromagnetischen Aktor, durch den elektromagnetischen Aktor, und dann von dem elektromagnetischen Aktor durch den elektrisch geschlossenen Schalter SW_2 zu der Massepotentialseite fließt.
  • Das heißt, in dem „Halte- Ansteuerungszustand“ wird ein niedriger Spannungspegel der Niederspannung V_Bat während des „Halte-Ansteuerungszustand“ aktiv angelegt und die Ansteuerstromstärke in dem elektromagnetischen Aktor wird erhöht und das Magnetfeld in dem elektromagnetischen Aktor baut sich basierend auf der steigenden Ansteuerstromstärke auf. Aus diesem Grund kann der „Halte- Ansteuerungszustand“ als aktiver Ansteuerungszustand oder als Ansteuerungszustand des aktiven Steuerns des elektromagnetischen Aktors bezeichnet werden.
  • Ansteuerungszustand mit schnellem Abfall
  • In einem „Ansteuerungszustand mit schnellem Abfall“ (kann manchmal auch als „Rücksetz-Ansteuerungszustand“ bezeichnet werden) wird die Schalteransteuerlogik 124 der Ansteuerschaltung 103 vielleicht keine Aktivierungssignale an die Gates aller Schalter SW_1, SW_2 und SW_3 liefern, so dass alle Schalter SW_1, SW_2 und SW_3 in ihren jeweiligen AUS-Zuständen (elektrisch geöffnet, d. h. in dem nicht leitenden Zustand) deaktiviert sind.
  • Wenn ein vorheriger Ansteuerungszustand ein Ansteuerungszustand war, in dem eine Spannung, beispielsweise die Hoch- oder Niederspannung V_Boost bzw. V_Bat, aktiv an den elektromagnetischen Aktor angelegt wird, so dass ein Ansteuerstrom durch den elektromagnetischen Aktor ging und ein Magnetfeld erzeugt in dem elektromagnetischen Aktor aufgebaut wird, trennt ein Schalten auf den „Ansteuerungszustand mit schnellem Abfall“ abrupt den Ansteuerstrom, indem alle drei Schalter elektrisch geöffnet werden und der Strom in den Sperrrichtungen der Dioden 5D1 und D2 gesperrt wird, so dass das Magnetfeld in dem elektromagnetischen Aktor kollabiert oder kollabieren gelassen wird.
  • Dies führt typischerweise zu einer induzierten Spannung in einer entgegengesetzten Richtung, die auf einen Minimalwert des negativen Werts von V_Boost begrenzt ist, (mit anderen Worten, der Absolutwert der induzierten Spannung ist durch den Absolutwert von V_Boost begrenzt) durch die Verbindung durch die Diode D2 in der Stromsperrrichtung mit der Hochspannungsquelle, die die Hochspannung V_Boost liefert.
  • Dementsprechend wird während des Ansteuerungszustands mit schnellem Abfall keine Spannung aktiv angelegt, das Magnetfeld in dem elektromagnetischen Aktor kann abrupt kollabieren, und die Ansteuerstromstärke in dem elektromagnetischen Aktor wird zu der Zeit des Schaltens von einem aktiven Ansteuerungszustand zu dem Ansteuerungszustand mit schnellem Abfall abrupt unterbrochen. Aus diesem Grund kann der „Ansteuerungszustand mit schnellem Abfall“ als passiver Ansteuerungszustand oder Ansteuerungszustand des passiven Steuerns des elektromagnetischen Aktors bezeichnet werden.
  • Zusammenfassung der Ansteuerungszustände
  • Als Beispiel können in der Ansteuerschaltung von 5 zumindest die oben genannten vier Ansteuerungszustände - der „Hochsetz-Ansteuerungszustand“, der in den folgenden Figuren als Zustand I bezeichnet wird, der „Ansteuerungszustand mit normalem Abfall“, der in den folgenden Figuren als Zustand II bezeichnet wird, der „Halte- Ansteuerungszustand“, der in den folgenden Figuren als Zustand III bezeichnet wird, und der „Ansteuerungszustand mit schnellem Abfall“, der in den folgenden Figuren als Zustand IV bezeichnet wird, durch Ausgeben entsprechender Steuersignale an die jeweiligen Schalter SW_1, SW_2 und SW_3 gemäß der folgenden Tabelle ausgewählt werden:
    Ansteuerungszustand Schalter SW_1 Schalter SW_2 Schalter SW_3
    I Hochsetz-Ansteuerungszustand EIN EIN AUS
    II Ansteuerungszustand mit normalem Abfall AUS EIN AUS
    III Halte-Ansteuerungszustand AUS EIN EIN
    IV Ansteuerungszustand mit schnellem Abfall AUS AUS Aus
  • Es ist zu beachten, dass andere Arten von Ansteuerschaltungen vorgesehen sein können, wie z. B. Ansteuerschaltungen, die mehr als die obigen Ansteuerungszustände ermöglichen.
  • In 4 kann die beschriebene Stromstärkesteuerung auch basierend auf den obigen Ansteuerungszuständen gesteuert werden, indem der Hochsetz-Ansteuerungszustand ausgewählt wird, um die Hochsetzspannung VH (Hochspannung 401) während der Hochsetzphase bereitzustellen, bis erfasst wird, dass die Stromstärke in dem elektromagnetische Aktor den Spitzenstromwert Ipeak erreicht. Wenn die Stromstärke in dem elektromagnetischen Aktor den Spitzenstromwert Ipeak erreicht, wird dann in 4 die Ansteuerschaltung beispielhaft in den Ansteuerungszustand mit schnellem Abfall geschaltet, wie es durch die negative Ansteuerspannung mit einem Wert von etwa -VH ersichtlich ist, und dann wird während der Haltephase, in der die Stromstärke basierend auf dem Ziel-Haltestromwert 403 PWM-gesteuert wird, die Ansteuerschaltung schnell und wiederholt zwischen dem Halte-Ansteuerungszustand und dem Ansteuerungszustand mit normalem Abfall und umgekehrt umgeschaltet, und zwar entsprechend des PWM-basierten Schaltens. Dann wird die Ansteuerschaltung nach der Haltephase beispielhaft in den Ansteuerungszustand mit schnellem Abfall geschaltet, wie es durch die negative Ansteuerspannung mit einem Wert von etwa - VH ersichtlich ist, wobei der Absolutwert der in dem elektromagnetischen Aktor induzierten Spannung exponentiell abfällt.
  • Wie zuvor erwähnt, schlagen die vorliegende Erfindung und die beispielhaften Ausführungsformen jedoch im Gegensatz zu dem oben beschriebenen Konzept der „Stromstärkesteuerung“ Verfahren gemäß einem neuartigen Konzept vor, die Kraftstoffeinspritzungen und Kraftstoffeinspritzzyklen nicht basierend auf einem vollständig stromsteuerungsbasierten Zielstromprofil oder einer solchen Zielstromwellenform steuern, sondern die Ansteuerungszustände, einschließlich der Reihenfolge und/oder der Zeitdauer davon, direkt steuern, z. B. basierend auf einem Zielspannungsprofil und/oder einem Zielphasenprofi, und die immer noch ähnliche Ansteuerschaltungen verwenden können. Obwohl Aspekte der vorliegenden Erfindung auch von neuen Ansteuerschaltungsanordnungen Gebrauch machen können, ist es daher wichtig zu beachten, dass die vorliegende Erfindung allgemein bekannte Ansteuerschaltungen wie etwa die Ansteuerschaltung von 5 oben oder Abwandlungen davon verwenden kann.
  • Einspritzzyklussteuerung eines Vollhub-Betriebs durch Stromstärkesteuerung
  • Um die Aspekte der vorliegenden Erfindung besser zu verstehen, wird hiermit eine allgemein bekannte Steuerung eines einzelnen Einspritzzyklus durch Steuern eines sogenannten Vollhub- Betriebs durch das als Stromstärkesteuerung bezeichnete Steuerkonzept beschrieben.
  • Hierbei bezeichnet der Begriff „Vollhub“ die Bewegung des Ventils (Ventilelements und/oder beweglichen Ankerelements) des Kraftstoffeinspritzers, das während des Einspritzzyklus bis zu der maximalen Öffnungsposition (vollständig geöffneten Position) geöffnet wird, wobei das Ventil während einer Haltezeit in der maximalen Öffnungsposition gehalten werden kann, z. B. abhängig von der gewünschten Kraftstoffeinspritzmenge (gewünschten eingespritzten Kraftstoffmenge / gewünschten Einspritzmenge).
  • 6 ist eine beispielhafte Darstellung, die das Steuerkonzept, das als „Stromstärkesteuerung“ bezeichnet wird, zeigt, das sich auf einen Vollhubbetrieb bezieht, und die entsprechende Darstellungen der Ansteuerzustände der Ansteuerschaltungsschalter als Funktion der Zeit, der Steuerspannung als Funktion der Zeit, der Ansteuerstromstärke als Funktion der Zeit und der Kraftstoffeinspritzungs-Durchflussrate als Funktion der Zeit enthält.
  • Für 6, aber auch für die später beschriebenen Figuren ist zu beachten, dass die Durchflussrate ein Indikator für die Ventilbewegung (durch eine näherungsweise direkte Korrelation der Kraftstoffdurchflussrate und der Ventilbewegung) ist, und zwar unter der Annahme, dass der Kraftstoffdruck in der Kraftstoffverteilerleiste während der Einspritzzeit ungefähr konstant gehalten wird, wobei die Durchflussrate dann im Wesentlichen durch die Öffnungsfläche des Ventils an der Position des Ventilsitzes 218 und ein Kraftstoffeinspritzloch 219 gegeben ist. Wenn das Ventil daher in der maximalen Öffnungsposition gehalten wird, ist die Durchflussrate (ähnlich der Position des Ventilelements) ungefähr konstant. Wenn sich das Ventil öffnet, steigt zudem die Durchflussrate typischerweise mit dem weiteren Öffnen des Ventil bis zu einer maximalen Durchflussrate, wenn das Ventil vollständig geöffnet ist, und dann, wenn sich das Ventil schließt, fällt die Durchflussrate typischerweise mit dem weiteren Schließen des Ventils und die Durchflussrate wird im Wesentlichen null, wenn das Ventil die vollständig geschlossene Position erreicht. Daher zeigt die Funktion der Durchflussrate in 6 und später beschriebenen Figuren annähernd eine Bewegung des Ventilelements des Kraftstoffeinspritzventils als Funktion der Zeit an (durch die näherungsweise direkte Korrelation der Kraftstoffdurchflussrate und der Ventilbewegung).
  • In 6 wird beispielhaft der Ansteuerungszustand der Ansteuerschaltung zwischen den Zeitpunkten t1 und t2 auf den Hochsetz-Ansteuerungszustand I geschaltet und das an den elektromagnetischen Aktor des Kraftstoffeinspritzers angelegte Spannungssignal wird zu der höheren Hochsetzspannung V_Boost, so dass die Stromstärke, die durch den elektromagnetischen Aktor fließt, schnell ansteigt, bis der Stromstärkewert zu dem Zeitpunkt t2 einen vorbestimmten Stromspitzenwert Ipeak erreicht.
  • Ferner wird zwischen den Zeitpunkten t2 und t3 der Ansteuerungszustand der Ansteuerschaltung zu dem Zeitpunkt t2 beispielsweise in den „Ansteuerungszustand mit normalem Abfall II geschaltet, und zwar zu der Zeit, zu der der durch den elektromagnetischen Aktor fließende Strom den vorbestimmten Stromspitzenwert Ipeak erreicht, so dass die durch den elektromagnetischen Aktor laufende Stromstärke nach dem Zeitpunkt t2 wieder abnimmt, bis die Stromstärke zu dem Zeitpunkt t3 einen niedrigeren ersten Schwellenwert erreicht, der als Ihold_1 bezeichnet wird.
  • Wenn weiterhin beispielhaft die durch den elektromagnetischen Aktor gehende Stromstärke zu dem Zeitpunkt t3 den ersten Schwellenwert, der als Ihold_1 bezeichnet wird, erreicht, wird beispielsweise eine stromstärkesteuerungsbasierte PWM-Steuerung mit geschlossener Schleife zum raschen Schalten zwischen dem Halte-Ansteuerungszustand III und dem Ansteuerungszustand mit normalem Abfall II zwischen den Zeitpunkten t3 und t4 eingeleitet, um den Stromstärkewert, der durch den elektromagnetischen Aktor geht, auf dem ersten als Ihold_1 bezeichneten Schwellenwert (ersten Stromhaltewert) zu halten, wobei sich das Ventil des Kraftstoffeinspritzers während dieser Zeitspanne beispielhaft zu dem Zeitpunkt „to“ (Öffnungszeit) öffnet, wie es durch den Beginn des Anstiegs der Durchflussrate zu der Zeit „to“ ersichtlich ist.
  • In einer zweiten Haltephase nach dem vollständigen Öffnen des Ventils (nach dem Zeitpunkt t4) wird zwischen den Zeitpunkten t4 und t5 eine weitere stromstärkesteuerungsbasierte PWM-Steuerung mit geschlossener Schleife zum raschen Schalten zwischen dem Halte-Ansteuerungszustand III und dem Ansteuerungszustand mit normalem Abfall II eingeleitet, um den Stromstärkewert, der durch den elektromagnetischen Aktor fließt, auf dem zweiten Schwellwert, der als Ihold_2 bezeichnet wird, (zweiten Stromhaltewert) zu halten, wobei während dieser Zeitspanne das Ventil des Kraftstoffeinspritzers beispielhaft in der vollständig geöffneten Position (Vollhub) gehalten wird, wie es aus der ungefähr konstanten Durchflussrate zwischen den Zeitpunkten t4 und t5 ersichtlich ist.
  • Dann wird, wenn das Ventil wieder geschlossen werden soll, um den derzeitigen Kraftstoffeinspritzzyklus abzuschließen, zu dem Zeitpunkt t5 der Ansteuerungszustand der Ansteuerschaltung zu dem Zeitpunkt t5 beispielhaft in den Ansteuerungszustand mit schnellem Abfall IV (Rücksetz-Ansteuerungszustand) geschaltet, wenn es auf die Endzeit t6 des derzeitigen Kraftstoffeinspritzzyklus zu geht, und die Spannung des elektromagnetischen Aktors wird zu einer negativen Spannung (die zuerst den negativen Wert des Hochsetzspannungspegels aufweist) und geht schnell exponentiell auf null. Gleichzeitig nimmt die Stromstärke, die durch den elektromagnetischen Aktor fließt, schnell ab, wenn das in dem elektromagnetischen Aktor induzierte Magnetfeld verschwindet (kollabiert). Dies führt zu einer schnellen Schließbewegung des Ventils von der vollständig geöffneten Position, bis die vollständig geschlossene Position zu dem Zeitpunkt tc (Schließzeit) schnell erreicht wird.
  • Das obige Beispiel veranschaulicht das Konzept der Stromstärkesteuerung (für einen sogenannten Vollhub-Betrieb), das sich von der vorliegenden Erfindung dadurch unterscheidet, dass die Steuerparameter auf einer Steuerung mit geschlossener Schleife basieren, die auf einer Erfassung der Stromstärke basiert, die durch den elektromagnetischen Aktor fließt, z. B. indem die Hochsetzphase beendet wird, wenn die Stromstärke die Schwelle des vorbestimmten Spitzenwerts Ipeak erreicht, und indem die Steuerung mit geschlossener Schleife durch PWM-Schalten basierend auf einem Vergleich der Stromstärke mit dem ersten oder zweiten Haltewert Ihold_1 bzw. Ihold_2 bereitgestellt wird. Es kann vorkommen, dass die Dauer der PWM-Steuerphasen als ein weiterer vorbestimmter Parameter verwendet wird, jedoch unterscheidet sich eine solche Stromstärkesteuerung von dem Steuerkonzept der vorliegenden Erfindung dadurch, dass eine solche Stromstärkesteuerung eine Dauer (Zeitspanne) von stationären Ansteuerungszuständen, die für die gesteuerte Dauer (Zeitspanne) aufrechterhalten werden, nicht steuert. In diesem Sinne schlägt die vorliegende Erfindung ein völlig neues Steuerkonzept zum Steuern von Kraftstoffeinspritzzyklen vor, die von der herkömmlichen Stromstärkesteuerung wie oben erörtert sehr verschieden ist.
  • Einspritzzyklussteuerung eines Halbhub-Betriebs durch Stromstärkesteuerung
  • Um die Aspekte der vorliegenden Erfindung besser zu verstehen, wird hiermit eine allgemein bekannte Steuerung eines einzelnen Einspritzzyklus durch Steuern eines sogenannten Halbhub Betriebs durch das als Stromstärkesteuerung bezeichnete Steuerkonzept beschrieben.
  • Dabei bezeichnet der Begriff „Halbhub“ die Bewegung des Ventils (Ventilelements und/oder beweglichen Ankerelements) des Kraftstoffeinspritzers, das während des Einspritzzyklus geöffnet und wieder geschlossen wird, bevor sich das Ventilelement bis in die maximale Öffnungsposition (vollständig geöffnete Position) bewegt. Dementsprechend erreicht das Ventilelement bei einem Halbhub-Betrieb nicht die maximale Öffnungsposition, sondern kehrt von der Öffnungsbewegung zu der Schließbewegung zurück, bevor es die maximale Öffnungsposition erreicht. Obwohl solch ein Halbhub-Betrieb für Bereiche mit sehr niedrigen Kraftstoffeinspritzmengen pro Einspritzzyklus wichtig ist, ist er gemäß der Stromstärkesteuerung sehr schwierig zu steuern, und typischerweise sind die Puls-zu-Puls-Variationen der eingespritzten Kraftstoffmenge bei bekannten Steuerkonzepten im Allgemeinen ziemlich groß.
  • 7 ist eine weitere beispielhafte Darstellung, die das Steuerkonzept, das als „Stromstärkesteuerung“ bezeichnet wird, zeigt, das sich auf einen Halbhubbetrieb bezieht, und die entsprechende Darstellungen der Ansteuerzustände der Ansteuerschaltungsschalter als Funktion der Zeit, der Steuerspannung als Funktion der Zeit, der Ansteuerstromstärke als Funktion der Zeit und der Kraftstoffeinspritzungs-Durchflussrate als Funktion der Zeit enthält.
  • In 7 wird beispielhaft und ähnlich zu 6 der Ansteuerungszustand der Ansteuerschaltung zwischen den Zeitpunkten t1 und t2 in den Hochsetz-Ansteuerungszustand I geschaltet und das Spannungssignal, das an den elektromagnetischen Aktor des Kraftstoffeinspritzers angelegt wird, wird zu der höheren Hochsetzspannung V_Boost, so dass die durch den elektromagnetischen Aktor fließende Stromstärke schnell ansteigt, bis der Stromstärkewert zu dem Zeitpunkt t2 einen vorbestimmten Stromspitzenwert Ipeak erreicht.
  • Ferner wird zwischen den Zeitpunkten t2 und t3 der Ansteuerungszustand der Ansteuerschaltung zu dem Zeitpunkt t2 beispielhaft in den Ansteuerungszustand mit normalem Abfall II geschaltet, und zwar zu der Zeit, in der die durch den elektromagnetischen Aktor fließende Stromstärke den vorbestimmten Stromspitzenwert Ipeak erreicht, so dass die durch den elektromagnetischen Aktor fließende Stromstärke nach dem Zeitpunkt t2 wieder abnimmt, bis die durch den elektromagnetischen Aktor fließende Stromstärke zu dem Zeitpunkt t3 einen als Ihold bezeichneten unteren Schwellenwert erreicht.
  • Wenn beispielsweise, immer noch ähnlich wie in 6, die Stromstärke, die durch den elektromagnetischen Aktor fließt, zu dem Zeitpunkt t3 den Schwellenwert erreicht, der als Ihold bezeichnet wird, wir ferner beispielsweise eine stromstärkesteuerungsbasierte PWM-Steuerung mit geschlossener Schleife zum raschen Schalten zwischen dem Halte-Ansteuerungszustand III und dem Ansteuerungszustand mit normalem Abfall II zwischen den Zeitpunkten t3 und t4 eingeleitet, um den Stromstärkewert, der durch den elektromagnetischen Aktor fließt, auf dem als Ihold bezeichneten Schwellenwert (Stromhaltewert) zu halten, wobei sich während dieser Zeitspanne das Ventil des Kraftstoffeinspritzers beispielhaft zu dem Zeitpunkt „to“ (Öffnungszeit) öffnet, wie es durch den Beginn des Anstiegs der Durchflussrate zu der Zeit „to“ ersichtlich ist.
  • Im Gegensatz zu 6 wird jedoch der Ansteuerungszustand der Ansteuerschaltung zu dem Zeitpunkt t4, wenn es auf die Endzeit t5 des derzeitigen Kraftstoffeinspritzzyklus zu geht, beispielhaft in den Ansteuerungszustand mit schnellem Abfall IV (Rücksetz-Ansteuerungszustand) geschaltet, um den Kraftstoffeinspritzzyklus abzuschließen, bevor das Ventil tatsächlich die vollständig geöffnete Position erreicht (halber Hub), und die Spannung des elektromagnetischen Aktors wird zu einer negativen Spannung (die zuerst den negativen Wert des Hochsetzspannungspegels aufweist) und geht schnell exponentiell auf null. Gleichzeitig nimmt die Stromstärke, die durch den elektromagnetischen Aktor fließt, schnell ab, wenn das in dem elektromagnetischen Aktor induzierte Magnetfeld verschwindet (kollabiert). Dies führt zu einer Änderung der Öffnungsbewegung des Ventils zu einer Schließbewegung, bevor das Ventil die vollständig geöffnete Position erreicht (insbesondere weil der Ansteuerungszustand mit schnellem Abfall aktiviert wird, wenn sich das Ventil noch in einer Öffnungsbewegung in Richtung der vollständig geöffneten Position befindet), und die vollständig geschlossene Position wird dann zu dem Zeitpunkt tc (Schließzeit) schnell erreicht.
  • Das obige Beispiel veranschaulicht das Konzept der Stromstärkesteuerung (für einen sogenannten Halbhub-Betrieb), das sich von der vorliegenden Erfindung dadurch unterscheidet, dass die Steuerparameter auf einer Steuerung mit geschlossener Schleife basieren, die auf einer Erfassung der Stromstärke basiert, die durch den elektromagnetischen Aktor fließt, z. B. indem die Hochsetzphase beendet wird, wenn die Stromstärke die Schwelle des vorbestimmten Spitzenwerts Ipeak erreicht, und indem die Steuerung mit geschlossener Schleife durch PWM-Schalten basierend auf einem Vergleich der Stromstärke mit dem Haltewert Ihold bereitgestellt wird. Es kann vorkommen, dass die Dauer der PWM-Steuerphase als ein weiterer vorbestimmter Parameter verwendet wird, jedoch unterscheidet sich eine solche Stromstärkesteuerung von dem Steuerkonzept der vorliegenden Erfindung dadurch, dass eine solche Stromstärkesteuerung eine Dauer (Zeitspanne) von stationären Ansteuerungszuständen, die für die gesteuerte Dauer (Zeitspanne) aufrechterhalten werden, nicht steuert. In diesem Sinne schlägt die vorliegende Erfindung ein völlig neues Steuerkonzept zum Steuern von Kraftstoffeinspritzzyklen vor, die von der herkömmlichen Stromstärkesteuerung wie oben erörtert sehr verschieden ist.
  • Es ist anzumerken, dass die Steuerung eines Halbhub-Betriebs typischerweise eher ungenau ist, wenn er wie oben beschrieben durch die Stromstärkesteuerung gesteuert wird, und insbesondere die Puls-zu-Puls-Variationen der Kraftstoffeinspritzmenge in verschiedenen Einspritzzyklen für abnehmende gewünschte Einspritzmengen schnell zunehmen. Insbesondere steigen die Puls-zu-Puls-Variationen für Einspritzmengen unter 7 mg/Puls typischerweise schnell über 1-2 % und können typischerweise bei Einspritzmengen von etwa 4 mg/Puls oder weniger nicht unter 2 % gehalten werden.
  • Beispielhafte Ausführungsformen von Kraftstoffeinspritzer-Betriebsarten
  • Erste beispielhafte Kraftstoffeinspritzer-Betriebsart-Ausführungsform
  • 8 ist eine beispielhafte Darstellung, die ein Steuerkonzept einer Kraftstoffeinspritzer-Betriebsart zeigt, die sich auf beispielhafte Ausführungsformen einschließlich einer ersten beispielhaften Ausführungsform bezieht, die sich auf einen Halbhubbetrieb bezieht, und die entsprechende Darstellungen der Ansteuerzustände der Ansteuerschaltungsschalter als Funktion der Zeit, der Steuerspannung als Funktion der Zeit, der Ansteuerstromstärke als Funktion der Zeit und der Kraftstoffeinspritzungs-Durchflussrate als Funktion der Zeit enthält.
  • Wie im oberen Teil von 8 zu sehen ist, sind die Ansteuerungszustände des Phasenprofils für die Einspritzzyklussteuerung gemäß 8 beispielhaft in einer Abfolge einer ersten Phase (Hochsetzphase) einer Zeitspanne T_I zwischen Zeiten t1 und t2, in der die Ansteuerschaltung in den Hochsetz-Ansteuerungszustand I geschaltet wird, um eine Steuerung des Einspritzpulses des derzeitigen Einspritzzyklus zu starten, und wird zwischen den Zeitpunkten t1 und t2 für die Zeitspanne T_I in dem „Hochsetz-Ansteuerungszustand I gehalten. In einer beispielhaften zweiten Phase (Phase mit normalem Abfall) einer Zeitspanne T_II zwischen den Zeitpunkten t2 und t3 wird die Ansteuerschaltung in den Ansteuerungszustand mit normalem Abfall II geschaltet und wird zwischen den Zeitpunkten t2 und t3 für die Zeitspanne T_II in dem n Ansteuerungszustand mit normalem Abfall II gehalten. In einer beispielhaften dritten Phase (Haltephase oder aktiven Phase) einer Zeitspanne T_III zwischen den Zeitpunkten t3 und t4 wird die Ansteuerschaltung in den Halte-Ansteuerungszustand III geschaltet und zwischen den Zeitpunkten t3 und t4 für die Zeitspanne T_III in dem Halte-Ansteuerungszustand III gehalten. Schließlich wird beispielhaft in einer beispielhaften vierten Phase (Phase mit schnellem Abfall) einer Zeitspanne T_IV zwischen den Zeitpunkten t4 und t5 die Ansteuerschaltung in den Ansteuerungszustand mit schnellem Abfall IV geschaltet und zwischen den Zeitpunkten t4 und t5 für die Zeitspanne T_IV in dem Ansteuerungszustand mit schnellem Abfall IV gehalten, um die Steuerung des derzeitigen Einspritzzyklus abzuschließen.
  • Dementsprechend kann ein der Kraftstoffeinspritzer-Betriebsart (Steuerbetriebsart) von 8 zugeordnetes Phasenprofil beispielhaft die vorbestimmte Abfolge von Phasen als erste Phase, die dem Hochsetz-Ansteuerungszustand I zugeordnet ist, zweite Phase, die dem Ansteuerungszustand mit normalem Abfall II zugeordnet ist, dritte Phase, die dem Halte-Ansteuerungszustand III zugeordnet ist, und vierte Phase, die dem Ansteuerungszustand mit schnellem Abfall IV zugeordnet ist, angeben.
  • Ferner kann das der Kraftstoffeinspritzer-Betriebsart (Steuerbetriebsart) von 8 zugeordnete Phasenprofil beispielhaft einen, mehrere oder alle der Zeitspannen T_I, T_II, T_III und T_IV angeben, um die Dauern der jeweiligen Phasen (Phasen stationären Ansteuerungszustands) des Phasenprofils anzugeben. Die Zeitspannen T_I, T_II, T_III und T_IV der jeweiligen Phasen können direkt in dem Phasenprofil angegeben sein und/oder die Zeitspannen T_I, T_II, T_III und T_IV der jeweiligen Phasen können durch eine Zeitspanne von t = 0 (Start des Einspritzzyklus) bis zu den jeweiligen Start- und/oder Endzeiten t1 bis t5 der jeweiligen Phasen indirekt in dem Phasenprofil angegeben sein.
  • Darüber hinaus können zusätzlich oder alternativ ein oder mehrere Schaltbedingungskriterien bereitgestellt werden und für eine, mehrere oder alle Phasen des Phasenprofils angegeben werden, indem z. B. ein oder mehrere Schaltkriterien Schaltzustände angeben, die in Bezug auf bestimmte Kraftstoffeinspritzzyklus-Eigenschaften (wie z. B. eine Kraftstoffeinspritzmenge pro Einspritzzyklus und/oder eine Kraftstoffeinspritzmenge pro Einspritzpuls und/oder Eigenschaften der Kraftstoffeinspritzungs-Durchflussrate und/oder der Ventilbewegungsbahn des Kraftstoffeinspritzventilelements während eines oder mehrerer Kraftstoffeinspritzzyklen) geprüft werden, und wenn bestimmt wird, dass die eine oder die mehreren Kraftstoffeinspritzzyklus-Eigenschaften erfüllt sind, kann die Ansteuerschaltung in den Ansteuerungszustand der nächsten Phase schalten.
  • Zudem können für beispielhafte Ausführungsformen, insbesondere dann, wenn eine Rückkopplungssteuerung, eine Vorwärtskopplungssteuerung oder sogar eine Steuerung mit geschlossener Schleife durchgeführt werden soll, um einen Kraftstoffeinspritzzyklus oder einen oder mehrere Einspritzpulse davon basierend auf Sensorinformationen, die Kraftstoffeinspritzzyklus-Eigenschaften und/oder Einspritzzykluseigenschaften eines vorhergehenden Einspritzzyklus angeben, basierend auf gemittelten Sensorinformationen, die Kraftstoffeinspritzzyklus-Eigenschaften und/oder Einspritzzykluseigenschaften mehrerer vorhergehender Einspritzzyklen angeben, und/oder basierend auf Echtzeit-Sensorinformationen, die Kraftstoffeinspritzzyklus-Eigenschaften und/oder Einspritzzykluseigenschaften eines derzeitigen Einspritzzyklus angeben, zu steuern, ein oder mehrere Parameter des Phasenprofils basierend auf den Sensorinformationen angepasst werden und das Phasenprofil kann anpassbare Parameter des Phasenprofils angeben. Zum Beispiel können in dem obigen Phasenprofil eine, mehrere oder alle der Zeitspannen T_I, T_II, T_III und T_IV als anpassbare Parameter angezeigt werden, so dass eine, mehrere oder alle der Zeitspannen T_I, T_II, T_III und T_IV basierend auf Sensorinformationen angepasst werden können.
  • Wie in 8 zu sehen ist, wird während der Hochsetzphase zwischen den Zeitpunkten t1 und t2 der Hochspannungswert V_Boost für die Zeitspanne T_I konstant an den elektromagnetischen Aktor angelegt, indem der Hochsetz-Ansteuerungszustand I beibehalten wird (das heißt, es liegt eine Phase aktiver Spannungssteuerung vor), und während dieser Hochsetzphase steigt die durch den elektromagnetischen Aktor fließende Stromstärke schnell an, bis der Ansteuerungszustand zu dem Zeitpunkt t2 in den Ansteuerungszustand mit normalem Abfall II geschaltet wird. Im Gegensatz zu der oben beschriebenen Stromstärkesteuerung, bei der die Hochsetzphase beendet wird, wenn der Stromstärkewert den vorbestimmten Stromspitzenwert Ipeak erreicht, wird die Hochsetzphase in 8 beispielhaft nach Ablauf der Zeitspanne T_I beendet, d. h. dann, wenn der Hochsetz-Ansteuerungszustand I für die gesamte Zeitspanne T_I konstant beibehalten wurde.
  • Ferner wird während der Phase mit normalem Abfall zwischen den Zeitpunkten t2 und t3 keine Spannung aktiv an den elektromagnetischen Aktor angelegt, indem für die Zeitspanne T_II in den Ansteuerungszustand mit normalem Abfall II (d. h. es handelt sich um eine Phase passiver Spannungssteuerung) geschaltet wird und dieser aufrechterhalten wird, und während dieser Phase mit normalem Abfall, zu der sich die Ansteuerschaltung in dem Ansteuerungszustand mit normalem Abfall II befindet, nimmt die durch den elektromagnetischen Aktor fließende Stromstärke ab, bis der Ansteuerungszustand zu dem Zeitpunkt t3 in den Halte-Ansteuerungszustand III geschaltet wird. Im Gegensatz zu der oben beschriebenen Stromstärkesteuerung, bei der die Phase mit normalem Abfall beendet wird, wenn der Stromstärkewert den vorbestimmten Haltestromwert erreicht, wird die Phase mit normalem Abfall in 8 beispielhaft nach Ablauf der Zeitspanne T_II beendet, d. h. dann, wenn der Ansteuerungszustand mit normalem Abfall II während der gesamten Zeitspanne T_II konstant gehalten wurde, und dann wird zu dem Zeitpunkt t3 beispielhaft in den Halte- Ansteuerungszustand III geschaltet.
  • Ferner wird während der Haltephase (aktiven Phase) zwischen den Zeitpunkten t3 und t4 der Batteriespannungswert V_Bat für die Zeitspanne T_III konstant an den elektromagnetischen Aktor angelegt, indem der aktive (Halte-)Ansteuerungszustand III aufrechterhalten wird (d. h. eine Phase aktiver Spannungssteuerung liegt vor), und während dieser Haltephase (aktiven Phase) steigt die durch den elektromagnetischen Aktor fließende Stromstärke an, bis der Ansteuerungszustand zu dem Zeitpunkt t4 in den Ansteuerungszustand mit schnellem Abfall IV geschaltet wird. Im Gegensatz zu der oben beschriebenen Stromstärkesteuerung, bei der die Haltephase durch PWM-Steuerung gesteuert wird, die das Spannungssignal basierend auf einem Zielhaltestromwert wiederholt schaltet, legt die aktive (Halte-)Phase in 8 beispielhaft konstant die Batteriespannung Wert V_Bat an und wird nach Ablauf der Zeitspanne T_III beendet, d. h. dann, wenn der aktive Ansteuerungszustand III während der gesamten Zeitspanne T_III konstant gehalten wurde.
  • Schließlich wird während der Phase mit schnellem Abfall zwischen den Zeitpunkten t4 und t5 oder genauer gesagt nach dem Zeitpunkt t4 in dem derzeitigen Einspritzzyklus keine Spannung an den elektromagnetischen Aktor angelegt, indem für die Zeitspanne T_IV in den Ansteuerungszustand mit schnellem Abfall IV geschaltet wird (d. h., eine Phase passiver Spannungssteuerung liegt vor), und während dieser Phase mit schnellem Abfall, in der sich die Ansteuerschaltung in dem Ansteuerungszustand mit schnellem Abfall IV befindet, nimmt die durch den elektromagnetischen Aktor fließende Stromstärke schnell ab.
  • Beispielhaft sind in 8 beispielsweise die Zeitdauern T_I, T_II und T_III der Hochsetzphase, der Phase mit normalem Abfall bzw. der aktiven Phase (Haltephase) und/oder Schaltzeiten t1, t2 und t3 so bestimmt (z. B. vorbestimmt), dass sich das Ventil zu einem Zeitpunkt t_o (der Öffnungszeit), der beispielsweise kurz vor dem Zeitpunkt t4 liegt, öffnet, und die Zeitdauer T_III und ihr zugehörige Zeitpunkt t4 so bestimmt (z. B. vorbestimmt), dass sich das Ventil dann zu einem Zeitpunkt tc (Schließzeit) schließt.
  • Dementsprechend beginnt der Einspritzpuls zu dem Zeitpunkt t_o und die Durchflussrate beginnt ab der Öffnungszeit t_o zuzunehmen, aber das Schalten von dem aktiven Ansteuerungszustand III in den Ansteuerungszustand mit schnellem Abfall IV zu dem Zeitpunkt t4 tritt immer noch in der Zeit der Öffnungsbewegung des Einspritzerventils vor dem vollständigen Öffnen des Ventils auf und der induzierte negative Spannungswert während der Phase mit schnellem Abfall führt zu der Verlangsamung der Öffnungsbewegung des Ventils und das Ventilelement beginnt die Schließbewegung und schließt sich dann zu dem Zeitpunkt tc (Schließzeit) wieder. In ähnlicher Weise hört die Durchflussrate auf zu steigen und nimmt kurz nach dem Schalten von dem aktiven Ansteuerungszustand III in den Ansteuerungszustand mit schnellem Abfall IV zu dem Zeitpunkt t4 wieder ab.
  • Wie zuvor erwähnt, können die Zeitdauern T_I, T_II und T_III der Hochsetzphase, der Phase mit normalem Abfall bzw. der aktiven Phase (Haltephase) bzw. die Schaltzeiten t1, t2, t3 und t4 basierend auf den gewünschten Zielbedingungen, die beispielsweise eine gewünschte Kraftstoffeinspritzmenge (die im Wesentlichen durch die Fläche unter der Durchflussratenfunktion zwischen den Zeitpunkten t_o und tc gegeben ist) umfassen, bestimmt (z. B. vorbestimmt) sein.
  • Zum Beispiel können das Phasenprofil, das die Zeitdauern T_I, T_II und T_III der Hochsetzphase, der Phase mit normalem Abfall bzw. der aktiven Halte-)Phase angibt, und/oder die Schaltzeiten t1, t2, t3 und t4 (in den Ansteuerungszustand mit schnellem Abfall) so vorbestimmt sein, dass eine gewünschte Kraftstoffeinspritzmenge erzielt wird. Ein solches Phasenprofil kann beispielsweise in einem Speicher der elektronischen Steuereinheit (beispielsweise der ECU) für eine bestimmte gewünschte Kraftstoffeinspritzmenge pro Einspritzzyklus vorgespeichert sein. Außerdem kann eine Rückkopplungs- und/oder Vorwärtskopplungssteuerung basierend auf einer variablen gewünschten Kraftstoffeinspritzmenge implementiert sein. Zum Beispiel kann eine Kraftstoffeinspritzmenge basierend auf dem Anpassen eines oder mehrerer Parameter des Phasenprofils, wie z.B. der Zeitdauern T_I, T_II und T_III und/oder der Schaltzeiten t1, t2, t3 und t4, gesteuert werden.
  • Zum Beispiel kann insbesondere die Schaltzeit t4 angepasst werden und dann, wenn vielleicht eine höhere Einspritzmenge benötigt wird, kann die Schaltzeit t4 so gewählt werden, dass sie auf eine spätere Zeitvorgabe in dem Einspritzzyklus eingestellt wird, oder dann, wenn eine niedrigere Einspritzmenge benötigt wird, kann die Schaltzeit t4 so gewählt werden, dass sie auf eine frühere Zeitvorgabe in dem Einspritzzyklus eingestellt wird.
  • Experimente haben ergeben, dass eine solche Steuerung basierend auf Phasenprofilen, in denen Aktivierungszeitvorgaben und/oder Aktivierungsdauern für Ansteuerungszustände bestimmt oder vorbestimmt sind, insbesondere für niedrige Einspritzungsmengen von ungefähr 7 mg/Puls oder niedriger (sogar bis ungefähr 0,5 mg/Puls oder höher, z. B. für Einspritzpulse von etwa 0,3 ms), die Puls-zu-Puls-Variationen im Vergleich zu der oben beschriebenen Stromstärkesteuerung deutlich verringert kann und Puls-zu-Puls-Variationen von weniger als 1 % oder sogar etwa 0,5 % für höhere und niedrigere Einspritzmengen durch eine solche Phasenprofilsteuerung aufrechterhalten werden können, insbesondere auch für 7 mg/Puls oder weniger (sogar bis etwa 0,5 mg/Puls oder mehr, z. B. für Einspritzpulse von ungefähr 0,3 ms).
  • Zweite beispielhafte Kraftstoffeinspritzer-Betriebsart-Ausführungsform
  • 9 ist eine beispielhafte Darstellung, die ein Steuerkonzept einer Kraftstoffeinspritzer-Betriebsart zeigt, die sich auf beispielhafte Ausführungsformen einschließlich einer zweiten beispielhaften Ausführungsform bezieht, die sich auf einen Halbhubbetrieb bezieht, und die entsprechenden Darstellungen der Ansteuerzustände der Ansteuerschaltungsschalter als Funktion der Zeit, der Steuerspannung als Funktion der Zeit, der Ansteuerstromstärke als Funktion der Zeit und der Kraftstoffeinspritzungs-Durchflussrate als Funktion der Zeit enthält.
  • Die Steuerung von 9 unterscheidet sich beispielhaft von der Steuerung in 8 darin, dass das Phasenprofil dadurch angepasst wird, dass eine weitere (zweite) aktive Phase mit einem gehaltenen aktiven Ansteuerungszustand III nach der ersten Phase mit schnellem Abfall hinzugefügt ist und eine zweite Phase mit schnellem Abfall nach der anderen (zweiten) aktiven Phase vorgesehen ist.
  • Wie im oberen Teil von 9 zu sehen ist, sind die Ansteuerungszustände des Phasenprofils für die Einspritzzyklussteuerung gemäß 9 beispielhaft in einer Abfolge einer ersten Phase (Hochsetzphase) einer Zeitspanne T_I zwischen Zeitpunkten t1 und t2, in der die Ansteuerschaltung in den Hochsetz-Ansteuerungszustand I geschaltet wird, um die Steuerung des Einspritzpulses des derzeitigen Einspritzzyklus zu starten, und zwischen den Zeitpunkten t1 und t2 für die Zeitspanne T_I in dem Hochsetz-Ansteuerungszustand I gehalten wird, bereitgestellt. In einer beispielhaften zweiten Phase (Phase mit normalem Abfall) einer Zeitspanne T_II zwischen den Zeitpunkten t2 und t3 wird die Ansteuerschaltung in den Ansteuerungszustand mit normalem Abfall II geschaltet und wird zwischen den Zeitpunkten t2 und t3 für die Zeitspanne T_II in dem Ansteuerungszustand mit normalem Abfall II gehalten. In einer beispielhaften dritten Phase (ersten Haltephase oder ersten aktiven Phase) einer Zeitspanne T_III,1 zwischen den Zeitpunkten t3 und t4 wird die Ansteuerschaltung in den Halte- Ansteuerungszustand III geschaltet und zwischen den Zeitpunkten t3 und t4 für die Zeitspanne T_III,1 in dem Halte-Ansteuerungszustand III gehalten. In einer beispielhaften vierten Phase (ersten Phase mit schnellem Abfall) einer Zeitspanne T_IV,1 zwischen den Zeitpunkten t4 und t5 wird die Ansteuerschaltung ferner beispielhaft in den Ansteuerungszustand mit schnellem Abfall IV geschaltet und zwischen den Zeitpunkten t4 und t5 für die Zeitspanne T_IV,1 in dem Ansteuerungszustand mit schnellem Abfall IV gehalten, um zu bewirken, dass die Öffnungsbewegung des Ventils verzögert wird und das Ventil beeinflusst wird, um erneut eine Schließbewegung zu starten, bevor das Ventilelement die vollständig geöffnete Position erreicht (Halbhub-Betrieb).
  • Anders als in 8 wird die Ansteuerschaltung dann in einer beispielhaften fünften Phase (zweiten Haltephase oder zweiten aktiven Phase) einer Zeitspanne T_III,2 zwischen den Zeitpunkten t5 und t6 in 9 in den Halte-Ansteuerungszustand III geschaltet und wird zwischen den Zeitpunkten t5 und t6 für die Zeitspanne T_III,2 in dem Halte-Ansteuerungszustand III gehalten. Dies hat den Effekt, dass sich das elektromagnetische Feld in dem elektromagnetischen Aktor wieder aufbaut und die Schließgeschwindigkeit des Ventilelements verzögert wird, um Lärm und Vibrationen zu dem Zeitpunkt, zu dem das Ventilelement die vollständig geschlossene Position erreicht (wodurch Kontakt mit dem Ventilsitz hergestellt wird), aufgrund der verringerten Schließgeschwindigkeit zu reduzieren. Schließlich wird beispielhaft in einer beispielhaften sechsten Phase (zweiten Phase mit schnellem Abfall) einer Zeitspanne T_IV,2 zwischen den Zeitpunkten t6 und t7 die Ansteuerschaltung in den Ansteuerungszustand mit schnellem Abfall IV geschaltet und zwischen den Zeitpunkten t6 und t7 für die Zeitspanne T_IV,2 in dem Ansteuerungszustand mit schnellem Abfall IV gehalten, um die Steuerung des derzeitigen Einspritzzyklus abzuschließen und insbesondere das Ventil geschlossen zu halten, nachdem es die vollständig geschlossene Position erreicht hat (beispielsweise ist die Schaltzeit t6 im Wesentlichen gleich der Schließzeit tc).
  • Dementsprechend kann ein der Kraftstoffeinspritzer-Betriebsart (Steuerbetriebsart) von 9 zugeordnetes Phasenprofil beispielhaft die vorbestimmte Abfolge von Phasen als erste Phase, die mit dem Hochsetz-Ansteuerungszustand I zugeordnet ist, zweite Phase, die dem Ansteuerungszustand mit normalem Abfall II zugeordnet ist, dritte Phase, die dem Halte-Ansteuerungszustand III zugeordnet ist, und vierte Phase, die dem Ansteuerungszustand mit schnellem Abfall IV zugeordnet ist, eine weitere fünfte Phase, die wiederum dem Halte-Ansteuerungszustand III zugeordnet ist, und eine sechste Phase, die erneut dem Ansteuerungszustand mit schnellem Abfall IV zugeordnet ist, angeben.
  • Ferner kann das der Kraftstoffeinspritzer-Betriebsart (Steuerbetriebsart) von 9 zugeordnete Phasenprofil beispielhaft einen, mehrere oder alle der Zeitspannen T_I, T_II, T_III,1 und T_IV,1 sowie die zusätzlichen Zeitspannen T_III,2 und T_IV,2 angeben, um die Dauer der jeweiligen Phasen (Phasen stationären Ansteuerungszustands) des Phasenprofils anzugeben. Die Zeitspannen T_I, T_II, T_III,1 und T_IV,1 sowie die zusätzlichen Zeitspannen T_III,2 und T_IV,2 der jeweiligen Phasen können direkt in dem Phasenprofil angegeben sein und/oder die Zeitspannen T_I, T_II,1 und T_IV,1 sowie die zusätzlichen Zeitspannen T_III,2 und T_IV,2 der jeweiligen Phasen können in dem Phasenprofil indirekt durch eine Zeitspanne von t = 0 (Start des Einspritzzyklus) zu den jeweiligen Start- und/oder Endzeiten t1 bis t7 der jeweiligen Phasen angegeben sein.
  • Bis kurz nach dem Zeitpunkt t4 und vor dem Zeitpunkt t5 ist das Phasenprofil von 9 und die zugehörige Steuerung der Kraftstoffeinspritzung während des Einspritzzyklus ähnlich wie beispielsweise diejenige von 8. Zu dem Zeitpunkt t5 wird die Ansteuerschaltung jedoch beispielhaft wieder in den aktiven Ansteuerungszustand III geschaltet und während der Zeitspanne TIII,2 darin gehalten, so dass sich das Magnetfeld in dem elektromagnetischen Aktor des Kraftstoffeinspritzers wieder aufzubauen beginnt und die auf das Ventilelement und/oder das Ankerelement wirkende Verzögerungskraft ausgeübt wird, was zu einer Verlangsamung der Schließgeschwindigkeit des Ventils führt, um Lärm und Vibrationen vorteilhafterweise zu reduzieren, wenn das Ventil zu dem Zeitpunkt tc (der Schließzeit) auf den Ventilsitz trifft. Um das Ventil zu dieser Zeit geschlossen zu halten, wird die Ansteuerschaltung dann zu dem Zeitpunkt t6 (der beispielsweise im Wesentlichen gleich der Schließzeit tc in 9 ist) in den Ansteuerungszustand mit schnellem Abfall IV geschaltet.
  • Ähnlich wie bei dem Steuerbetrieb von 8 oben, können auch in Bezug auf 9 die Zeitdauern T_I, T_II, T_III,1, T_IV,1 und TIII,2 der Hochsetzphase, ersten Phase mit schnellem Abfall und zweiten aktiven Phase (Haltephase) und/oder Schaltzeiten t1, t2, t3, t4, t5 und t6 basierend auf gewünschten Zielbedingungen bestimmt (z. B. vorbestimmt) sein, die z. B. eine gewünschte Kraftstoffeinspritzmenge (die im Wesentlichen durch die Fläche unter der Durchflussratenfunktion zwischen den Zeitpunkten t_o und tc gegeben ist) umfassen.
  • Zum Beispiel kann das Phasenprofil, das die Zeitdauern T_I, T_II, T_III,1, T_IV,1 und TIII,2 der Hochsetzphase, der Phase mit normalem Abfall, der ersten aktiven Phase (Haltephase), der ersten Phase mit schnellem Abfall und der zweiten aktiven Phase (Haltephase) und/oder Schaltzeiten t1, t2, t3, t4, t5 und t6 (in den letzten Ansteuerungszustand mit schnellem Abfall) so vorbestimmt sein, dass eine gewünschte Kraftstoffeinspritzmenge erzielt wird. Wiederum kann ein solches Phasenprofil beispielsweise für eine bestimmte gewünschte Kraftstoffeinspritzmenge pro Einspritzzyklus in einem Speicher der elektronischen Steuereinheit (beispielsweise ECU) vorgespeichert sein. Außerdem kann eine Rückkopplungs- und/oder Vorwärtskopplungssteuerung basierend auf einer variablen gewünschten Kraftstoffeinspritzmenge implementiert sein. Zum Beispiel kann eine Kraftstoffeinspritzmenge basierend auf dem Anpassen eines oder mehrerer Parameter des Phasenprofils, wie z. B. der jeweiligen Zeitdauern davon und/oder der Schaltzeiten t1, t2, t3, t4, t5 und t6, gesteuert werden.
  • Zum Beispiel können insbesondere die Schaltzeiten t4, t5 und/oder t6 angepasst werden und dann, wenn vielleicht eine höhere Einspritzmenge benötigt wird, können die Schaltzeiten t4, t5 und/oder t6 so gewählt werden, dass sie auf spätere Zeitvorgaben in dem Einspritzzyklus eingestellt werden, oder dann, wenn vielleicht eine niedrigere Einspritzmenge benötigt wird, können die Schaltzeiten t4, t5 und/oder t6 so gewählt werden, dass sie auf frühere Zeitvorgaben in dem Einspritzzyklus eingestellt werden.
  • Experimente haben ergeben, dass eine solche Steuerung basierend auf Phasenprofilen, bei der Aktivierungszeitvorgaben und/oder Aktivierungsdauern für Ansteuerungszustände bestimmt oder vorbestimmt sind, insbesondere für niedrige Einspritzmengen von etwa 7 mg/Puls oder weniger, die Puls-zu-Puls-Variationen im Vergleich zu der oben beschriebenen Stromsteuerung signifikant verringert und Puls-zu- Puls-Variationen unter 1 % oder sogar von etwa 0,5 % für höhere und niedrigere Einspritzmengen durch eine solche Phasenprofilsteuerung aufrechterhalten werden können, insbesondere auch für 7mg/Puls o-der weniger. Des Weiteren konnte bestimmt werden, dass die zusätzliche aktive Phase der Zeitspanne T_III,2 geeignet war, um Geräusche und Vibrationen, die zu oder kurz nach der Schließzeit tc auftreten, deutlich zu reduzieren.
  • Dritte beispielhafte Kraftstoffeinspritzer-Steuerverfahren-Ausführungsform
  • 10 ist eine beispielhafte Darstellung, die ein Steuerkonzept einer Kraftstoffeinspritzer-Betriebsart zeigt, die sich auf beispielhafte Ausführungsformen einschließlich einer dritten beispielhaften Ausführungsform bezieht, die sich auf einen Halbhubbetrieb bezieht, und die entsprechenden Darstellungen der Ansteuerungszustände der Ansteuerschaltungsschalter als Funktion der Zeit, der Steuerspannung als Funktion der Zeit, der Ansteuerstromstärke als Funktion der Zeit und der Kraftstoffeinspritzungs-Durchflussrate als Funktion der Zeit enthält.
  • Die Steuerung von 10 unterscheidet sich beispielhaft von der Steuerung in 9 dahingehend, dass das Phasenprofil dadurch angepasst wird, dass die Zeitspanne zum Verlangsamen der Schließgeschwindigkeit des Ventilelements zwischen den Zeitpunkten t5 und t6 beispielhaft basierend auf einer PWM-Steuerung eines wiederholten Schaltens zwischen dem Ansteuerungszustand mit normalem Abfall II und dem aktiven (Halte-)Ansteuerungszustand III zwischen den Zeitpunkten t5 und t6 in einer Zeitspanne T_PWM gesteuert wird, bis die Ansteuerschaltung schließlich zu dem Zeitpunkt t6 in den Ansteuerungszustand mit schnellem Abfall IV geschaltet wird.
  • Obwohl die vorliegende Erfindung darauf abzielt, die Kraftstoffeinspritzsteuerung zu vereinfachen, indem gleichzeitig die Genauigkeit der Einspritzmengen erhöht und vorzugsweise Lärm und Vibrationen während des Einspritzzyklus reduziert werden, indem eine Steuerung auf der Basis von Phasenprofilen mit mehreren Phasen (Zeitspannen) von aufrechterhaltenen stationären Ansteuerzuständen bereitgestellt wird, ermöglicht es die Erfindung dennoch, zusätzlich zu mehreren Phasen (Zeitspannen) von aufrechterhaltenen stationären Ansteuerzuständen eine oder mehrere Phasen von PWM-Steuerung bereitzustellen, wenn dies basierend auf gewünschten Ventilbewegungsbahnen oder dergleichen bevorzugt ist.
  • Vierte beispielhafte Kraftstoffeinspritzer-Steuerverfahren-Ausführungsform
  • 11 ist eine beispielhafte Darstellung, die ein Steuerkonzept einer Kraftstoffeinspritzer-Betriebsart zeigt, die sich auf beispielhafte Ausführungsformen einschließlich einer vierten beispielhaften Ausführungsform bezieht, die sich auf einen Halbhubbetrieb bezieht, und die entsprechenden Darstellungen der Ansteuerungszustände der Ansteuerschaltungsschalter als Funktion der Zeit, der Steuerspannung als Funktion der Zeit, der Ansteuerstromstärke als Funktion der Zeit und der Kraftstoffeinspritzungs-Durchflussrate als Funktion der Zeit enthält.
  • Die Steuerung von 11 unterscheidet sich beispielhaft von der Steuerung in 9 darin, dass das Phasenprofil dadurch angepasst wird, dass die Gesamtzeitdauer zum Verlangsamen der Schließgeschwindigkeit des Ventilelements zwischen den Zeitpunkten t5 und hier beispielhaft t7 beispielsweise basierend auf einer anfänglichen stationären aktiven Phase, in der der aktive Ansteuerungszustand III ähnlich wie in 9 (während einer kürzeren Zeitspanne T_III,2) bis zu dem Zeitpunkt t6 beibehalten wird, gesteuert wird und eine zusätzliche PWM-Phase von PWM-Steuerung zum wiederholten Schalten zwischen dem Ansteuerungszustand mit normalem Abfall II und dem aktiven (Halte- )Ansteuerungszustand III beispielhaft zwischen den Zeitpunkten t6 und t7 in einer Zeitspanne T_PWM vorgesehen ist, bis die Ansteuerschaltung zu dem Zeitpunkt t7 schließlich in den Ansteuerungszustand mit schnellem Abfall IV geschaltet wird.
  • Wie zuvor in Verbindung mit 10 erwähnt, ermöglicht es die Erfindung, obwohl die vorliegende Erfindung darauf abzielt, die Kraftstoffeinspritzsteuerung zu vereinfachen, indem gleichzeitig die Genauigkeit der Einspritzmengen erhöht und vorzugsweise Lärm und Vibrationen während des Einspritzzyklus reduziert werden, indem eine Steuerung auf der Basis von Phasenprofilen mit mehreren Phasen (Zeitspannen) von aufrechterhaltenen stationären Ansteuerzuständen bereitgestellt wird, dennoch, zusätzlich zu mehreren Phasen (Zeitspannen) von aufrechterhaltenen stationären Ansteuerzuständen eine oder mehrere Phasen von PWM-Steuerung bereitzustellen, wenn dies basierend auf gewünschten Ventilbewegungsbahnen oder dergleichen bevorzugt ist.
  • Fünfte beispielhafte Kraftstoffeinspritzer-Steuerverfahren-Ausführungsform
  • 12 ist eine beispielhafte Darstellung, die ein Steuerkonzept einer Kraftstoffeinspritzer-Betriebsart zeigt, die sich auf beispielhafte Ausführungsformen einschließlich einer fünften beispielhaften Ausführungsform bezieht, die sich auf mehrere Halbhubbetriebs-Einspritzpulse in einem Einspritzzyklus bezieht, und die entsprechenden Darstellungen der Ansteuerzustände der Ansteuerschaltungsschalter als Funktion der Zeit, der Steuerspannung als Funktion der Zeit, der Ansteuerstromstärke als Funktion der Zeit und der Kraftstoffeinspritzungs-Durchflussrate als Funktion der Zeit enthält.
  • Obwohl die beispielhaften Steuerbetriebsarten von 8, 9, 10 und 11 beispielhaft auf die Einspritzsteuerung des Einspritzens einer sehr niedrigen Kraftstoffeinspritzmenge durch einen Halbhub-Betrieb des Kraftstoffeinspritzventils in einem einzigen Einspritzpuls pro Einspritzzyklus bezogen sind, wurde von den Erfindern festgestellt, dass es beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung auf der Basis von beispielhaften Phasenprofilen ferner ermöglichen, sehr vorteilhaft mehrere Einspritzpulse pro Einspritzzyklus bei sehr niedrigen Einspritzmengen pro Einspritzpuls, z. B. unter 7 mg Kraftstoff pro einzelnem Puls, zu steuern, wobei die Puls-zu-Puls-Variationen zwischen Pulsen des gleichen Einspritzzyklus sowie zwischen Pulsen von unterschiedlichen Einspritzzyklen auf unter 1 % reduziert werden könnten.
  • Beispielhaft veranschaulicht 12 die Steuerung eines Einspritzzyklus beispielsweise mit drei Einspritzpulsen pro Einspritzzyklus mit einem Phasenprofil gemäß den Ansteuerzuständen des oberen Teils von 12.
  • Wie im oberen Teil von 12 ersichtlich sind die Ansteuerungszustände des Phasenprofils für die Einspritzzyklussteuerung gemäß 12 beispielhaft in einer Abfolge einer ersten Phase (Hochsetzphase) einer Zeitspanne T_I zwischen den Zeitpunkten t1 und t2, in der die Ansteuerschaltung in den Hochsetz-Ansteuerungszustand I geschaltet wird, um eine Steuerung des Einspritzpulses des derzeitigen Einspritzzyklus zu starten, und zwischen den Zeitpunkten t1 und t2 für die Zeitspanne T_I in dem Hochsetz-Ansteuerungszustand I gehalten wird, vorgesehen. In einer beispielhaften zweiten Phase (Phase mit normalem Abfall) einer Zeitspanne T_II zwischen den Zeitpunkten t2 und t3 wird die Ansteuerschaltung in den Ansteuerungszustand mit normalem Abfall II geschaltet und wird zwischen den Zeitpunkten t2 und t3 für die Zeitspanne T_II in dem Ansteuerungszustand mit normalem Abfall II gehalten. In einer beispielhaften dritten Phase (ersten Haltephase oder ersten aktiven Phase) einer Zeitspanne T_III,1 zwischen den Zeitpunkten t3 und t4 wird die Ansteuerschaltung in den Halte-Ansteuerungszustand III geschaltet und zwischen den Zeitpunkten t3 und t4 für die Zeitspanne T_III,1 in dem Halte- Ansteuerungszustand III gehalten. In einer beispielhaften vierten Phase (ersten Phase mit schnellem Abfall) einer Zeitspanne T_IV,1 zwischen den Zeitpunkten t4 und t5 wird die Ansteuerschaltung ferner beispielhaft in den Ansteuerungszustand mit schnellem Abfall IV geschaltet und zwischen den Zeitpunkten t4 und t5 für die Zeitspanne T_IV,1 in dem Ansteuerungszustand mit schnellem Abfall IV gehalten, um das Einspritzventil zu zwingen, die Öffnungsbewegung zu verlangsamen und zu der Schließbewegung zurückzukehren, um die Steuerung des ersten Einspritzpulses des derzeitigen Einspritzzyklus abzuschließen. Bis zu dem Zeitpunkt t4 ist die Steuerung ähnlich zu der Steuerung von 8 bis 11 oben.
  • Ähnlich wie in 9 und 11 wird die Ansteuerschaltung zu dem Zeitpunkt t5 zurück in den Halte- Ansteuerungszustand III (aktiven Ansteuerungszustand III) geschaltet, um die Schließgeschwindigkeit des Ventils zu verlangsamen und Lärm und Vibrationen zu vermeiden, wenn sich das Ventilelement nach dem ersten Einspritzpuls schließt. Dann wird in 12 anstelle des Abschließens des Einspritzzyklus durch Schalten in den Ansteuerungszustand mit schnellem Abfall IV, wenn sich das Ventil nach dem ersten Einspritzpuls schließt, der Halte- Ansteuerungszustand III (aktive Ansteuerungszustand III) auch aufrechterhalten, nachdem sich das Ventil nach dem ersten Einspritzpuls geschlossen hat, so dass sich das Magnetfeld in dem elektromagnetischen Aktor weiter aufbauen kann, bis eine elektromagnetische Kraft ausreicht, um das Ventil während des gleichen Einspritzzyklus erneut für einen weiteren, zweiten Einspritzpuls zu öffnen.
  • Dementsprechend wird beispielsweise in einer beispielhaften fünften Phase (zweiten Haltephase oder zweiten aktiven Phase) einer Zeitspanne T_III,2 zwischen den Zeitpunkten t5 und t6 die Ansteuerschaltung wieder in den Halte-Ansteuerungszustand III geschaltet und zwischen den Zeitpunkten t5 und t6 für die Zeitspanne T_III,2 in dem Halte-Ansteuerungszustand III gehalten. In einer beispielhaften sechsten Phase (zweiten Phase mit schnellem Abfall) einer Zeitspanne T_IV,2 zwischen den Zeitpunkten t6 und t7 wird die Ansteuerschaltung ferner beispielhaft in den Ansteuerungszustand mit schnellem Abfall IV geschaltet und zwischen den Zeitpunkten t6 und t7 für die Zeitspanne T_IV,2 in dem Ansteuerungszustand mit schnellem Abfall IV gehalten, um das Einspritzventil zu zwingen, die Öffnungsbewegung zu verlangsamen und zu der Schließbewegung zurückzukehren, um die Steuerung des zweiten Einspritzpulses des derzeitigen Einspritzzyklus abzuschließen.
  • Hier wird die Ansteuerschaltung zu dem Zeitpunkt t7 in den Halte-Ansteuerungszustand III (aktiven Ansteuerungszustand III) zurückgeschaltet, um die Schließgeschwindigkeit des Ventils zu verlangsamen und Lärm und Vibrationen zu vermeiden, wenn sich das Ventilelement nach dem zweiten Einspritzpuls schließt. Dann wird in 12 anstelle des Abschließens des Einspritzzyklus durch Schalten in den Ansteuerungszustand mit schnellem Abfall IV, wenn sich das Ventil nach dem zweiten Einspritzpuls schließt, der Halte-Ansteuerungszustand III (aktive Ansteuerungszustand III) beispielhaft auch beibehalten, nachdem sich das Ventil nach dem zweiten Einspritzpuls geschlossen hat, so dass sich das Magnetfeld in dem elektromagnetischen Aktor weiter aufbauen kann, bis eine elektromagnetische Kraft ausreicht, um das Ventil während des gleichen Einspritzzyklus erneut für einen weiteren, dritten Einspritzpuls zu öffnen.
  • In einer beispielhaften siebten Phase (dritten Haltephase oder dritten aktiven Phase) einer Zeitspanne T_III,3 zwischen den Zeitpunkten t7 und t8 wird die Ansteuerschaltung beispielsweise ferner erneut in den Halte- Ansteuerungszustand III geschaltet und zwischen den Zeitpunkten t7 und t8 für die Zeitspanne T_III,3 in dem Halte- Ansteuerungszustand III gehalten. Ferner wird beispielhaft in einer beispielhaften achten Phase (dritten Phase mit schnellem Abfall) einer Zeitspanne T_IV,3 zwischen den Zeitpunkten t8 und t9 die Ansteuerschaltung wieder in den Ansteuerungszustand mit schnellem Abfall IV geschaltet und zwischen den Zeitpunkten t8 und t9 für die Zeitspanne T_IV,3 in dem schnellen Ansteuerungszustand mit schnellem Abfall IV gehalten, um das Einspritzventil zu zwingen, die Öffnungsbewegung zu verlangsamen und zu der Schließbewegung zurückzukehren, um die Steuerung des dritten Einspritzpulses des derzeitigen Einspritzzyklus abzuschließen.
  • Obwohl der Ansteuerungszustand mit schnellem Abfall IV dann beibehalten werden könnte (z. B. ähnlich der Phase der Zeitspanne T_IV in 8), ist beispielhaft eine optionale weitere aktive Phase vorgesehen, um die abschließende Schließbewegung des Ventils in dem Einspritzzyklus zu verlangsamen (z. B. ähnlich der Phase der Zeitspanne T_III,2 in 9). Das heißt, in einer beispielhaften neunten Phase (vierten Haltephase oder vierten aktiven Phase) einer Zeitspanne T_III,4 zwischen den Zeitpunkten t9 und t10 in 12 wird die Ansteuerschaltung in den Halte- Ansteuerungszustand III geschaltet und zwischen den Zeitpunkten t9 und t10 für die Zeitspanne T_III,4 in dem Halte- Ansteuerungszustand III gehalten, um Lärm und Vibrationen zu dem Zeitpunkt, zu dem das Ventilelement die vollständig geschlossene Position erreicht, aufgrund der verlangsamten Schließgeschwindigkeit zu verringern. Schließlich wird beispielsweise in einer beispielhaften zehnten Phase (vierten Phase mit schnellem Abfall) einer Zeitspanne T_IV,4 zwischen den Zeitpunkten t10 und t11 die Ansteuerschaltung in den Ansteuerungszustand mit schnellem Abfall IV geschaltet und zwischen den Zeitpunkten t10 und t11 für die Zeitspanne T_IV,4 in dem Ansteuerungszustand mit schnellem Abfall IV gehalten, um schließlich den dritten Einspritzpuls und die Steuerung des derzeitigen Einspritzzyklus abzuschließen und insbesondere das Ventil geschlossen zu halten, nachdem es die vollständige geschlossene Position nach dem dritten Einspritzzyklus erreicht hat (beispielhaft ist die Schaltzeit t10 im Wesentlichen gleich der Schließzeit tc).
  • Dementsprechend kann ein der Kraftstoffeinspritzer-Betriebsart (Steuerbetriebsart) von 12 zugeordnetes Phasenprofil beispielhaft die vorbestimmte Abfolge von Phasen als erste Phase, die dem Hochsetz-Ansteuerungszustand I zugeordnet ist, zweite Phase, die dem Ansteuerungszustand mit normalem Abfall II zugeordnet ist, dritte Phase, die dem Halte-Ansteuerungszustand III zugeordnet ist, vierte Phase, die dem Ansteuerungszustand mit schnellem Abfall IV zugeordnet ist, fünfte Phase, die wiederum dem Halte- Ansteuerungszustand III zugeordnet ist, sechste Phase, die wiederum dem Ansteuerungszustand mit schnellem Abfall IV zugeordnet ist, siebte Phase, die wiederum dem Halte- Ansteuerungszustand III zugeordnet ist, achte Phase, die wiederum dem Ansteuerungszustand mit schnellem Abfall IV zugeordnet ist, neunte Phase, die wiederum dem Halte-Ansteuerungszustand III zugeordnet ist, und zehnte Phase, die wiederum dem Ansteuerungszustand mit schnellem Abfall IV zugeordnet ist, angeben. Obwohl 12 und das ihr zugeordnete Phasenprofil beispielhaft für eine Steuerung von drei Einspritzpulsen für den gleichen Einspritzzyklus vorgesehen sind, ist es beispielsweise möglich, ein solches Phasenprofil nur für zwei Einspritzpulse pro Einspritzzyklus anzupassen (z. B. indem der Ansteuerungszustand mit schnellem Abfall IV zu dem Zeitpunkt aktiviert wird, zu dem sich das Ventil nach dem zweiten Einspritzzyklus während der Zeitdauer T_III,3 schließt). In ähnlicher Weise kann das Phasenprofil auch dazu ausgelegt sein, vier oder mehr Einspritzpulse pro Einspritzzyklus zu steuern.
  • In Analogie zu 8 bis 11 oben kann für 12 das der Kraftstoffeinspritzer-Betriebsart (Steuerbetriebsart) von 12 zugeordnete Phasenprofil beispielhaft einen, mehrere oder alle der Zeitspannen, z. B. T_1, T_II, T_III,1, T_IV,1, T_III,2, T_IV,2 T_III,3, T_IV,4 T_III,4 und/oder T_IV,4, angeben, um die Dauer der jeweiligen Phasen des Phasenprofils anzugeben. Die Zeitspannen T_1, T_II, T_III,1, T_IV,1, T_III,2, T_IV,2 T_III,3, T_IV,4 T_III,4 und/oder T_IV,4 der jeweiligen Phasen können direkt in dem Phasenprofil angegeben sein und/oder die Zeitspannen T T_1, T_II, T_III,1, T_IV,1, T_III,2, T_IV,2 T_III,3, T_IV,4 T_III,4 und/oder T_IV,4 der jeweiligen Phasen können durch eine Zeitspanne von t = 0 (Start des Einspritzzyklus) zu den jeweiligen Start- und/oder Endzeiten t1 bis t11 der jeweiligen Phasen indirekt in dem Phasenprofil angegeben sein.
  • Darüber hinaus können zusätzlich oder alternativ ein oder mehrere Schaltbedingungskriterien bereitgestellt werden und für eine, mehrere oder alle Phasen des Phasenprofils angegeben sein, z. B. indem ein oder mehrere Schaltkriterien Schaltbedingungen angeben können, die in Bezug auf bestimmte Kraftstoffeinspritzzyklus-Eigenschaften (wie z. B. eine Kraftstoffeinspritzmenge pro Einspritzzyklus und/oder eine Kraftstoffeinspritzmenge pro Einspritzpuls und/oder Eigenschaften der Kraftstoffeinspritzungs-Durchflussrate und/oder der Ventilbewegungsbahn des Einspritzventilelements während eines oder mehrerer Kraftstoffeinspritzzyklen) geprüft werden, und wenn bestimmt wird, dass die eine oder die mehreren Kraftstoffeinspritzzyklus-Eigenschaften erfüllt sind, kann die Ansteuerschaltung zu dem Ansteuerungszustand der nächsten Phase geschaltet werden.
  • Zudem können für beispielhafte Ausführungsformen, insbesondere dann, wenn eine Rückkopplungssteuerung, eine Vorwärtskopplungssteuerung oder sogar eine Steuerung mit geschlossener Schleife durchgeführt werden soll, um einen Kraftstoffeinspritzzyklus oder einen oder mehrere Einspritzpulse davon basierend auf Sensorinformationen, die Kraftstoffeinspritzzyklus-Eigenschaften und/oder Einspritzzykluseigenschaften eines vorhergehenden Einspritzzyklus angeben, basierend auf gemittelten Sensorinformationen, die Kraftstoffeinspritzzyklus-Eigenschaften und/oder Einspritzzykluseigenschaften mehrerer vorhergehender Einspritzzyklen angeben, und/oder basierend auf Echtzeit-Sensorinformationen, die Kraftstoffeinspritzzyklus-Eigenschaften und/oder Einspritzzykluseigenschaften eines derzeitigen Einspritzzyklus angeben, zu steuern, ein oder mehrere Parameter des Phasenprofils basierend auf den Sensorinformationen angepasst werden und das Phasenprofil kann anpassbare Parameter des Phasenprofils angeben. Beispielsweise können in dem obigen Phasenprofil eine, mehrere oder alle der Zeitspannen T_1, T_II, T_III,1, T_IV,1, T_III,2, T_IV,2 T_III,3, T_IV,4, T_III,4 und/oder T_IV,4 als anpassbare Parameter angegeben sein, so dass eine, mehrere oder alle der Zeitspannen T_1, T_II, T_III,1, T_IV,1, T_III,2, T_IV,2 T_III,3, T_IV,4, T_III,4 und/oder T_IV,4 basierend auf Sensorinformationen angepasst werden können.
  • Auch die Zeitdauern T_1, T_II, T_III,1, T_IV,1, T_III,2, T_IV,2 T_III,3, T_IV,4 T_III,4 und/oder T_IV,4 der jeweiligen Phasen und Schaltzeitvorgaben davon können basierend auf gewünschten Zielbedingungen bestimmt (z. B. vorbestimmt) werden, die beispielsweise eine gewünschte Kraftstoffeinspritzmenge pro Einspritzzyklus (die im Wesentlichen durch die Fläche unter der Durchflussratenfunktion gegeben ist, die sich auf alle Einspritzpulse des gleichen Einspritzzyklus bezieht), die gewünschte Anzahl von Einspritzpulsen pro Einspritzzyklus und/oder eine gewünschte Kraftstoffeinspritzmenge pro Einspritzpuls (die im Wesentlichen durch die Fläche unter der Durchflussratenfunktion des jeweiligen Einspritzpulses gegeben ist) umfassen.
  • Zum Beispiel können das Phasenprofil, das die Zeitdauern T_1, T_II, T_III,1, T_IV,1, T_III,2, T_IV,2 T_III,3, T_IV,4, T_III,4 und/oder T_IV, 4 der jeweiligen Phasen und/oder Schaltzeitvorgaben davon so vorbestimmt werden, dass eine gewünschte Kraftstoffeinspritzmenge pro Einspritzzyklus und/oder Einspritzpuls erhalten wird und/oder dass eine gewünschte Anzahl von Einspritzpulsen pro Einspritzzyklus erhalten werden kann. Ein solches Phasenprofil kann beispielsweise in einem Speicher der elektronischen Steuereinheit (beispielsweise der ECU) für eine bestimmte gewünschte Kraftstoffeinspritzmenge pro Einspritzzyklus vorgespeichert sein. Außerdem kann eine Rückkopplungs- und/oder Vorwärtskopplungssteuerung basierend auf einer variablen gewünschten Kraftstoffeinspritzmenge implementiert sein. Zum Beispiel kann eine Kraftstoffeinspritzmenge basierend auf dem Anpassen eines oder mehrerer Parameter des Phasenprofils, wie z. B. der Zeitdauern T_1, T_II, T_III,1, T_IV,1, T_III,2, T_IV,2 T_III,3, T_IV,4, T_III, 4 und/oder T_IV,4 der jeweiligen Phasen und/oder deren Schaltzeitvorgaben, gesteuert werden.
  • Experimente haben ergeben, dass eine solche Steuerung basierend auf Phasenprofilen, in denen Aktivierungszeitvorgaben und/oder Aktivierungsdauern für Ansteuerungszustände bestimmt oder vorbestimmt sind, insbesondere für niedrige Einspritzungsmengen von ungefähr 7 mg/Puls oder weniger, die Puls-zu-Puls-Variationen sogar für eine Steuerung von mehreren Einspritzpulsen pro Einspritzzyklus signifikant verringert, und Puls-zu-Puls-Variationen zwischen Einspritzpulsen desselben Einspritzzyklus und Einspritzpulsen unterschiedlicher Einspritzzyklen unter 1 % oder sogar bei etwa 0,5 % für höhere und niedrigere Einspritzmengen durch eine solche Phasenprofilsteuerung aufrechterhalten werden können, insbesondere auch für 7 mg/Puls oder weniger,.
  • Sechste beispielhafte Kraftstoffeinspritzer-Betriebsart-Ausführungsform
  • 13 ist eine beispielhafte Darstellung, die ein Steuerkonzept einer Kraftstoffeinspritzer-Betriebsart zeigt, die sich auf beispielhafte Ausführungsformen einschließlich einer sechsten beispielhaften Ausführungsform bezieht, die sich auf einen Halbhubbetrieb bezieht, und die entsprechende Darstellungen der Ansteuerungszustände der Ansteuerschaltungsschalter als Funktion der Zeit, der Steuerspannung als Funktion der Zeit, der Ansteuerstromstärke als Funktion der Zeit und der Kraftstoffeinspritzungs-Durchflussrate als Funktion der Zeit enthält.
  • Die Erfinder haben herausgefunden, dass die Steuerung, die auf einem Phasenprofil basiert, das Zeitspannen von stationären Ansteuerungszuständen definiert, noch weiter optimiert werden kann, um die Bewegung des Ventilelements und die Ankerelementverschiebung zu einer Öffnungszeitvorgabe separat genau zu steuern, insbesondere um die Ankerelementbewegung genauer zu steuern, bevor es vor der Öffnungszeitvorgabe mit dem Ventilelement in Kontakt kommt, eine Ventilbewegungsbahn weiter zu glätten und/oder Lärm und Vibrationen auch um die Zeit der Ventilöffnung zu reduzieren, insbesondere um Lärm und Vibrationen zu reduzieren, wenn das Ankerelement mit dem Ventilelement Element zu oder vor der Ventilöffnungszeitvorgabe t_o in Kontakt kommt.
  • Insbesondere zeigt 13 beispielhaft eine Steuerung gemäß einem Phasenprofil, bei dem die Öffnung des Ventils basierend auf einer Phasenabfolge einer Hochsetzphase während einer Zeitspanne T_1, einer Phase mit normalem Abfall während einer Zeitspanne T_2 und einer (ersten) aktiven Phase (Haltephase) während einer Zeitspanne T_III,1 (ähnlich wie in 8 und 9 oben), wobei beispielhaft eine weitere (optionale) zweite aktive Phase (Haltephase) wie in 9 während einer Zeitspanne T_III,2 vorgesehen ist.
  • Durch beispielhaftes Verlängern der Hochsetzphase durch eine längere Zeitspanne T_I und Verlängern der Phase mit normalem Abfall durch eine längere Zeitspanne T_2 vor dem Schalten in die (erste) aktiven Phase (Haltephase) zu dem Zeitpunkt t3 im Vergleich zu 8 und 9 kann die elektromagnetische Kraftdynamik vor der Ventilöffnung derart beeinflusst werden, dass die Verschiebung des Ankerelements vor dem Kontakt mit dem Ventilelement langsamer gesteuert werden kann, so dass das Ankerelement das Ventilelement glatt berührt und für eine kurze Zeitspanne mit dem Ventilelement in Kontakt bleibt, bevor sich die elektromagnetische Kraft des elektromagnetischen Aktors während der aktiven Phase der Zeitspanne T_III,1 auf ein ausreichendes Niveau aufbaut, so dass das Ankerelement das Ventilelement langsam und sanft ohne Lärm und Vibrationen zu der Öffnungszeitvorgabe t_o öffnet.
  • Beispielhaft ist die Verschiebung des Ankerelements durch die gestrichelte Linie in der unteren Verschiebungszeichnung von 13 dargestellt, wohingegen die Ventilelementbewegung durch die durchgezogene Linie in der unteren Verschiebungszeichnung von 13 dargestellt ist.
  • Dementsprechend kann eine sehr glatte Ventilbewegungsbahn gesteuert werden und der Lärm und die Vibrationen während des Einspritzzyklus, insbesondere um die Ventilöffnungszeit herum, können weiter reduziert werden.
  • Siebte beispielhafte Kraftstoffeinspritzer-Steuerverfahren-Ausführungsform
  • 14 ist eine beispielhafte Darstellung, die ein Steuerkonzept einer Kraftstoffeinspritzer-Betriebsart zeigt, die sich auf beispielhafte Ausführungsformen einschließlich einer siebten beispielhaften Ausführungsform bezieht, die sich auf einen Halbhubbetrieb bezieht, und die entsprechenden Darstellungen der Ansteuerungszustände der Ansteuerschaltungsschalter als Funktion der Zeit, der Steuerspannung als Funktion der Zeit, der Ansteuerstromstärke als Funktion der Zeit und der Kraftstoffeinspritzungs-Durchflussrate als Funktion der Zeit enthält.
  • Beispielsweise enthält das Phasenprofil in 14 ähnlich wie in 13 optional Schaltzeiten t1, t2, t3, t4 und t5, um optional auch eine glatte Öffnung des Einspritzventils zu steuern, indem die Verschiebung des Ankerelements vor der Öffnungszeitvorgabe t_o genau gesteuert wird.
  • Die Erfinder haben herausgefunden, dass die Steuerung, die auf einem Phasenprofil basiert, das Zeitspannen von stationären Ansteuerungszuständen definiert, noch weiter optimiert werden kann, um die Bewegung des Ventilelements und die Verschiebung des Ankerelements separat zu einem Schließzeitpunkt genau zu steuern, insbesondere um die Ankerelementbewegung nach der Schließzeitvorgabe genauer zu steuern, eine Ventilbewegungsbahn weiter zu glätten und/oder Lärm und Vibrationen auch um die Zeit des Ventilschließens herum zu reduzieren, insbesondere um Lärm und Vibrationen zu reduzieren, wenn das Ventilelement mit dem Ventilsitz in Kontakt kommt.
  • Insbesondere ist die zweite Haltephase zwischen den Zeitpunkten t5 und t8 beispielhaft mit einer zusätzlichen (zweiten) Phase mit normalem Abfall (zusätzlich zu der ersten regulären Phase mit normalem Abfall der Zeitspanne T_II,1) zwischen den Zeitpunkten t6 und t7 in zwei Haltephasen aufgeteilt, die zu dem Zeitpunkt t6 aktiviert wird, kurz bevor das Ventilelement zu der Schließzeitvorgabe tc, die beispielhaft im Wesentlichen gleich der Schaltzeitvorgabe t7 ist, den Ventilsitz kontaktiert.
  • Beispielhaft wird ähnlich wie bei dem Phasenprofil von 9 und 13 eine weitere (zweite) Haltephase aktiviert, wenn die Ansteuerschaltung nach der ersten Phase mit schnellem Abfall der Zeitspanne T_IV,1 zu dem Zeitpunkt t5 in den aktiven (Halte-)Ansteuerungszustand III geschaltet wird, um die Schließbewegung des Ventilelements zu verzögern. Anstatt jedoch dann wie in 9 und 13 direkt in den Ansteuerungszustand mit schnellem Abfall zu schalten, wenn sich das Ventilelement schließt, wird beispielhaft der Ansteuerungszustand in einer zweiten Phase mit normalem Abfall der Zeitspanne T_II,1 für eine kurze Zeitspanne T_II,2 kurz vor dem Kontakt des Ventilelements mit dem Ventilsitz wieder in den Ansteuerungszustand mit normalem Abfall II geschaltet, so dass ermöglicht wird, dass die Stromstärke in dem elektromagnetischen Aktor abnimmt, und zu dem Zeitpunkt t7 wird im Wesentlichen dann, wenn sich das Ventilelement zu der Schließzeitvorgabe tc schließt, die Ansteuerschaltung für eine Zeitspanne T_III,3 erneut in den aktiven (Halte)-Ansteuerungszustand III geschaltet, bevor schließlich der Einspritzzyklus mit dem Schalten in den Ansteuerungszustand mit schnellem Abfall IV zu dem Zeitpunkt t8 beendet wird.
  • Beispielhaft ist die Verschiebung des Ankerelements durch die gestrichelte Linie in der unteren Verschiebungszeichnung von 14 dargestellt, während die Ventilelementbewegung durch die durchgezogene Linie in der unteren Verschiebungszeichnung von 14 dargestellt ist. Und, wie beispielhaft in 14 dargestellt, führen die Phasen der Zeitspannen T_II,2 und T_III,3 zu einem sanften Schließen des Ventilelements, wobei das Ankerelement in der vollständig geschlossenen Position in Kontakt mit dem Ventilelement bleibt, bevor das Ankerelement dann schnell in seine Ruhestellung verschoben wird, nachdem zu dem Zeitpunkt t8 in den Ansteuerungszustand mit schnellem Abfall IV geschaltet worden ist.
  • Dementsprechend kann eine sehr glatte Ventilbewegungsbahn gesteuert werden und der Lärm und die Vibrationen während des Einspritzzyklus, insbesondere um den Ventilschließzeitpunkt herum, können weiter reduziert werden.
  • Achte beispielhafte Kraftstoffeinspritzer-Steuerverfahren-Ausführungsform
  • 15 ist eine beispielhafte Darstellung, die ein Steuerkonzept einer Kraftstoffeinspritzer-Betriebsart zeigt, die sich auf beispielhafte Ausführungsformen einschließlich einer achten beispielhaften Ausführungsform bezieht, die sich auf einen Halbhubbetrieb bezieht, und die entsprechenden Darstellungen der Ansteuerungszustände der Ansteuerschaltungsschalter als Funktion der Zeit, der Steuerspannung als Funktion der Zeit, der Ansteuerstromstärke als Funktion der Zeit und der Kraftstoffeinspritzungs-Durchflussrate als Funktion der Zeit enthält.
  • Obwohl 8 bis 14 oben sich beispielhaft auf die Steuerung eines Halbhub-Betriebs beziehen, ist speziell anzumerken, dass sich beispielhafte Ausführungsformen auch auf die Steuerung eines Vollhub-Betriebs beziehen können, die auf einem Phasenprofil von beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung basiert, wie zum Beispiel beispielsweise einem Phasenprofil gemäß 15.
  • Wie im oberen Teil von 15 zu sehen ist, sind die Ansteuerungszustände des Phasenprofils für die Einspritzzyklussteuerung gemäß 15 beispielhaft in einer Abfolge einer ersten Phase (Hochsetzphase) einer Zeitspanne T_I zwischen den Zeitpunkten t1 und t2, in der die Ansteuerschaltung in den Hochsetz-Ansteuerungszustand I geschaltet wird, um die Steuerung des Einspritzpulses des derzeitigen Einspritzzyklus zu starten, und zwischen den Zeitpunkten t1 und t2 für die Zeitspanne T_I in dem Hochsetz-Ansteuerungszustand I gehalten wird. In einer beispielhaften zweiten Phase (ersten Phase mit normalem Abfall) einer Zeitspanne T_II,1 zwischen den Zeitpunkten t2 und t3 wird die Ansteuerschaltung in den Ansteuerungszustand mit normalem Abfall II geschaltet und zwischen den Zeitpunkten t2 und t3 für die Zeitspanne T_II,2 in dem Ansteuerungszustand mit normalem Abfall II gehalten. In einer beispielhaften dritten Phase (ersten Haltephase oder ersten aktiven Phase) einer Zeitspanne T_III,1 zwischen den Zeitpunkten t3 und t4 wird die Ansteuerschaltung in den Halte-Ansteuerungszustand III geschaltet und zwischen den Zeitpunkten t3 und t4 für die Zeitspanne T_III,1 in dem Halte-Ansteuerungszustand III gehalten. In einer beispielhaften vierten Phase (zweiten Phase mit normalem Abfall) einer Zeitspanne T_II,2 zwischen den Zeitpunkten t4 und t5 wird die Ansteuerschaltung erneut beispielhaft in den Ansteuerungszustand mit normalem Abfall II geschaltet und wird zwischen den Zeitpunkten t4 und t5 für die Zeitspanne T_II,2 in dem Ansteuerungszustand mit normalem Abfall II gehalten, um zu bewirken, dass die Öffnungsbewegung des Ventils verzögert wird, kurz bevor das Ventilelement die vollständig geöffnete Position erreicht (Vollhub-Betrieb). Dann, wenn das Ventilelement im Wesentlichen die vollständig geöffnete Position erreicht, wird in einer beispielhaften fünften Phase (zweiten Haltephase oder zweiten aktiven Phase) einer Zeitspanne T_III,2 zwischen den Zeitpunkten t5 und t6 die Ansteuerschaltung in den Halte-Ansteuerungszustand III geschaltet und wird zwischen den Zeitpunkten t5 und t6 für die Zeitspanne T_III,2 in dem Halte-Ansteuerungszustand III gehalten. In einer beispielhaften sechsten Phase (ersten Phase mit schnellem Abfall) einer Zeitspanne T_IV,1 zwischen den Zeitpunkten t6 und t7 wird die Ansteuerschaltung ferner beispielhaft in den Ansteuerungszustand mit schnellem Abfall IV geschaltet und zwischen den Zeitpunkten t6 und t7 für die Zeitspanne T_IV,1 in dem Ansteuerungszustand mit schnellem Abfall IV gehalten, um zu bewirken, dass das Ventil erneut eine Schließbewegung beginnt. Dann wird in einer beispielhaften siebten Phase (dritten Haltephase oder dritten aktiven Phase) einer Zeitspanne T_III,3 zwischen den Zeitpunkten t7 und t8 in 15 die Ansteuerschaltung wieder in den Halte-Ansteuerungszustand III geschaltet und zwischen den Zeitpunkten t7 und t8 für die Zeitspanne T_III,3 in dem Halte- Ansteuerungszustand III gehalten. Dies hat den Effekt, dass sich das elektromagnetische Feld in dem elektromagnetischen Aktor wieder aufbaut und die Schließgeschwindigkeit des Ventilelements zu dem Zeitpunkt verzögert wird, zu dem das Ventilelement die vollständig geschlossene Position erreicht (und dadurch den Ventilsitz berührt), um Lärm und Vibrationen aufgrund der verlangsamten Schließgeschwindigkeit zu reduzieren. Schließlich wird beispielhaft in einer beispielhaften achten Phase (zweiten Phase mit schnellem Abfall) einer Zeitspanne T_IV,2 zwischen den Zeitpunkten t8 und t9 die Ansteuerschaltung wieder in den Ansteuerungszustand mit schnellem Abfall IV geschaltet und zwischen den Zeitpunkten t8 und t9 für die Zeitspanne T_IV,2 in dem Ansteuerungszustand mit schnellem Abfall IV gehalten, um die Steuerung des derzeitigen Einspritzzyklus abzuschließen und insbesondere das Ventil geschlossen zu halten, nachdem es die vollständig geschlossene Position erreicht hat.
  • Dementsprechend kann ein der Kraftstoffeinspritzer-Betriebsart (Steuerbetriebsart) von 15 zugeordnetes Phasenprofil beispielhaft die vorbestimmte Abfolge von Phasen als erste Phase, die dem Hochsetz-Ansteuerungszustand I zugeordnet ist, zweite Phase, die dem Ansteuerungszustand mit normalem Abfall II zugeordnet ist, dritte Phase, die dem Halte-Ansteuerungszustand III zugeordnet ist, vierte Phase, die wiederum dem Ansteuerungszustand mit normalem Abfall II zugeordnet ist, fünfte Phase, die wiederum dem Halte-Ansteuerungszustand III zugeordnet ist, sechste Phase, die dem Ansteuerungszustand mit schnellem Abfall IV zugeordnet ist, siebte Phase, die wiederum dem Halte-Fahrerzustand III zugeordnet ist, und achte Phase, die wiederum dem Ansteuerungszustand mit schnellem Abfall IV zugeordnet ist, angeben.
  • Weiterhin kann das der Kraftstoffeinspritzer-Betriebsart (Steuerbetriebsart) von 15 zugeordnete Phasenprofil beispielhaft eine, mehrere oder alle der Zeitspannen T_I, T_II,1, T_III,1, T_II,2, T_III, T_IV,1, T_III,3 und T_IV,2 angeben, um die Dauer der jeweiligen Phasen (Phasen stationären Ansteuerungszustands) des Phasenprofils anzugeben. Die Zeitspannen T_I, T_II,1, T_III,1, T_II,2, T_III,2, T_IV,1, T_III,3 und T_IV,2 der jeweiligen Phasen können direkt in dem Phasenprofil angegeben sein und/oder die Zeitspannen T_I, T_II, 1, T_III,1, T_II,2, T_III,2, T_IV,1, T_III,3 und T_IV,2 der jeweiligen Phasen können in dem Phasenprofil durch eine Zeitspanne von t = 0 (Start des Einspritzzyklus) zu den jeweiligen Start- und/oder Endzeiten t1 bis t8 bzw. t1 bis t9 der jeweiligen Phasen indirekt angegeben sein.
  • Ähnlich wie bei dem obigen Steuerbetrieb können auch in Bezug auf 15 die Zeitdauern T_I, T_II,1, T_III,1, T_II,2, T_III,2, T_IV,1, T_III,3 und T_IV,2 der jeweiligen Phasen und/oder Schaltzeiten t1, t2, t3, t4, t5, t6, t7, t8 und/oder t9 auf der Basis gewünschter Zielbedingungen bestimmt (beispielsweise vorbestimmt) sein, die beispielsweise eine gewünschte Kraftstoffeinspritzmenge umfassen (die im Wesentlichen durch die Fläche unter der Durchflussratenfunktion zwischen den Zeitpunkten t_o und tc gegeben ist).
  • Zum Beispiel kann das Phasenprofil, das die Zeitdauern T_I, T_II,1, T_III,1, T_II,2, T_III,2, T_IV,1, T_III,3 und T_IV,2 der jeweiligen Phasen und/oder die Schaltzeiten t1, t2, t3, t4, t5, t6, t7, t8 und/oder t9 angibt, so vorbestimmt sein, dass eine gewünschte Kraftstoffeinspritzmenge erhalten wird. Wiederum kann ein solches Phasenprofil beispielsweise für eine bestimmte gewünschte Kraftstoffeinspritzmenge pro Einspritzzyklus in einem Speicher der elektronischen Steuereinheit (beispielsweise ECU) vorgespeichert sein. Außerdem kann eine Rückkopplungs- und/oder Vorwärtskopplungssteuerung basierend auf einer variablen gewünschten Kraftstoffeinspritzmenge implementiert sein. Zum Beispiel kann eine Kraftstoffeinspritzmenge basierend auf dem Anpassen eines oder mehrerer Parameter des Phasenprofils, wie z. B. der jeweiligen Zeitdauern davon und/oder der Schaltzeiten, gesteuert werden.
  • Beispielsweise können insbesondere die Schaltzeiten t6, t7 und/oder t8 angepasst werden und dann, wenn vielleicht eine höhere Einspritzmenge erforderlich ist, können die Schaltzeiten t6, t7 und/oder t8 so gewählt werden, dass sie auf spätere Zeitpunkte in dem Einspritzzyklus eingestellt werden, oder dann, vielleicht wenn eine niedrigere Einspritzmenge erforderlich ist, können die Schaltzeiten t6, t7 und/oder t8 so gewählt werden, dass sie auf frühere Zeitpunkte in dem Einspritzzyklus eingestellt werden.
  • Auch für Vollhub-Betrieb wie oben beschrieben haben Experimente gezeigt, dass eine hohe Genauigkeit der Puls-zu-Puls-Variationen der Kraftstoffeinspritzmengen auf weniger als 1 %, sogar auf etwa 0,5 %, gesteuert werden kann. Ein Hauptvorteil für höhere Einspritzmengen, der durch die obige Phasenprofilsteuerung im Vergleich zu herkömmlichen Stromstärkesteuerungskonzepte erhalten wird, besteht jedoch darin, dass sehr sanfte Ventilbewegungen gesteuert werden können und Lärm und Vibrationen erheblich reduziert werden können. Es ist sogar möglich, gewünschte Ventilbewegungsbahnen zu erhalten, wobei Ventilöffnungsgeschwindigkeiten und/oder Ventilschließgeschwindigkeiten sehr genau gemäß den gewünschten Ventilbewegungsbahneigenschaften gesteuert werden.
  • Beispielhafte abgewandelte Ansteuerschaltung
  • In der beispielhaften Ansteuerschaltung von 5 oben wurden beispielhaft zwei verschiedene Spannungspegel für aktive Spannungssteuerungsphasen, d. h. eine Hochsetzspannung V_Boost mit hohem Pegel und eine Batteriespannung V_Bat mit niedrigerem Pegel, durch jeweilige Spannungsquellen bereitgestellt.
  • Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die Verwendung solcher Ansteuerschaltungen, die zwei verschiedene Spannungspegel für aktive Spannungssteuerphasen bereitstellen, beschränkt, sondern in anderen beispielhaften Ausführungsformen sind auch Ansteuerschaltungen mit nur einer einzigen Spannungsquelle oder einem einzigen Spannungspegel oder Ansteuerschaltungen mit drei oder mehr verschiedenen Spannungspegeln für aktive Spannungssteuerphasen möglich.
  • 16 ist eine schematische Beispielansicht einer weiteren Ansteuerschaltung eines Kraftstoffeinspritzers gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform, die beispielhaft eine einzelne Spannungsquelle oder einen einzelnen Spannungspegel V_Drive für aktive Spannungssteuerphasen bereitstellt.
  • Eine solche alternative beispielhafte Ansteuerschaltung 103 kann zum Steuern/Betreiben des Kraftstoffeinspritzers gemäß der Stromstärkesteuerung verwendet werden, jedoch kann eine solche Ansteuerschaltung 103 beispielhaft ferner für Betriebsverfahren von beispielhaften Ausführungsformen verwendet werden, wie es z. B. nachfolgend diskutiert ist.
  • Die Ansteuerschaltung 103 von 16 enthält beispielhaft eine einzelne Spannungsquelle, die einen Spannungspegel V_Drive liefert (der beispielsweise als Batteriespannung von einer oder mehreren Batterien geliefert wird). Beispielsweise kann der Spannungspegel V_Drive größer oder gleich dem typischen Batteriespannungspegel V_Bat sein, der oben diskutiert ist, und er kann beispielhaft kleiner oder gleich dem typischen Hochsetz-Spannungspegel V_Boost sein, der oben diskutiert ist.
  • Die Ansteuerschaltung 103 enthält ferner beispielhaft eine Ansteuerspannungsschaltungsseite und eine Massepotentialschaltungsseite, und der elektromagnetische Aktor (beispielsweise der Elektromagnet 205) des Kraftstoffeinspritzers ist beispielhaft zwischen der Ansteuerspannungsschaltungsseite und der Massepotentialschaltungsseite angeschlossen.
  • Beispielsweise ist die Ansteuerspannungsquelle, die die Ansteuerspannung V_Drive liefert, mit der Ansteuerspannungsseite des elektromagnetischen Aktors (z. B. des Elektromagneten 205) des Kraftstoffeinspritzers über einen Schalter SW_1 (kann als „Batterieschalter“ oder „Ansteuerschalter“ bezeichnet werden) verbunden und die Massepotentialseite des elektromagnetischen Aktors (z. B. des Elektromagneten 205) des Kraftstoffeinspritzers ist beispielhaft über einen Schalter SW_2 (der als „Niederseitenschalter“ oder „Masseschalter“ bezeichnet werden kann) mit dem Massepotential verbunden.
  • Beispielsweise können die Schalter SW_1 und SW_2 als MOSFET-Halbleiterschalter implementiert sein, die von einer Schalteransteuerlogik 124 der Ansteuerschaltung 103 angesteuert werden, die über Signalleitungen (gestrichelte Linien) mit den jeweiligen Gateanschlüssen der Schalter SW_1 und SW_2 verbunden ist. Die Erfindung ist jedoch nicht auf MOSFET-Halbleiterschalter beschränkt und irgendeine Art von steuerbaren elektrischen Schaltern kann in einer Ansteuerschaltung anderer beispielhafter Ausführungsformen verwendet werden.
  • Die Massepotentialseite des elektromagnetischen Aktors (z. B. des Elektromagneten 205) des Kraftstoffeinspritzers ist ferner beispielhaft mit der Ansteuerspannungsquelle, die die Ansteuerspannung V_Drive liefert, über eine Diode D1 verbunden, die ihre Vorwärtsrichtung in Richtung der Ansteuerspannungsquelle aufweist, wodurch der Strom von der Ansteuerspannungsquelle in Richtung der Massepotentialseite des elektromagnetischen Aktors (z. B. des Elektromagneten 205) des Kraftstoffeinspritzers gesperrt wird.
  • Die Ansteuerspannungsseite des elektromagnetischen Aktors (z. B. des Elektromagneten 205) des Kraftstoffeinspritzers ist ferner beispielhaft über eine Diode D2, die ihre Vorwärtsrichtung in Richtung der Ansteuerspannungsschaltungsseite aufweist, mit dem Massepotential verbunden, wodurch der Strom von der Ansteuerspannungsschaltungsseite in Richtung Massepotential gesperrt wird.
  • Aktiver Ansteuerungszustand/Halte-Ansteuerungszustand
  • In einem „aktiven Ansteuerungszustand“ oder „Halte- Ansteuerungszustand“ kann die Schalteransteuerlogik 124 der Ansteuerschaltung 103 Aktivierungssignale an die Gates der Schalter SW_1 und SW_2 liefern, so dass sowohl der Schalter SW_1 als auch der Schalter SW_2 in dem EIN-Zustand (elektrisch geschlossenen Zustand, d. h. in dem leitenden Zustand) sind.
  • In dem „aktiven Ansteuerungszustand“ ist die Ansteuerspannungsquelle, die die Ansteuerspannung V_Drive liefert, leitend mit der Ansteuerspannungsseite des elektromagnetischen Aktors (z. B. des Elektromagneten 205) des Kraftstoffeinspritzers über den elektrisch geschlossenen Schalter SW_1 verbunden und die Massepotentialseite des elektromagnetischen Aktors (z. B. des Elektromagneten 205) des Kraftstoffeinspritzers ist beispielhaft über den elektrisch geschlossenen Schalter SW_2 leitend mit dem Massepotential verbunden.
  • Dementsprechend kann in dem „aktiven Ansteuerungszustand“ der Ansteuerstrom durch den elektromagnetischen Aktor (z. B. den Elektromagneten 205) des Kraftstoffeinspritzers von der Ansteuerspannungsquelle, die die Ansteuerspannung V_Drive liefert, über den elektrisch geschlossenen Schalter SW_1 zu dem elektromagnetischen Aktor, durch den elektromagnetischen Aktor, und dann von dem elektromagnetischen Aktor durch den elektrisch geschlossenen Schalter SW_2 zu der Massepotentialseite fließen.
  • Das heißt, in dem „aktiven Ansteuerungszustand“ wird ein Ansteuerspannungspegel der Ansteuerspannung V_Drive während des „aktiven Ansteuerungszustands“ aktiv angelegt und die Ansteuerstromstärke in dem elektromagnetischen Aktor wird schnell erhöht und das Magnetfeld in dem elektromagnetischen Aktor baut sich aufgrund der schnell ansteigenden Ansteuerstromstärke rasch auf. Aus diesem Grund kann der „aktive Ansteuerungszustand“ als aktiver Ansteuerungszustand oder als Ansteuerungszustand des aktiven Steuerns des elektromagnetischen Aktors bezeichnet werden.
  • Ansteuerungszustand mit normalem Abfall
  • In einem „Ansteuerungszustand mit normalem Abfall“ kann die Schalteransteuerlogik 124 der Ansteuerschaltung 103 Aktivierungssignale an das Gate des Schalters SW_2 liefern, so dass der Schalter SW_2 in dem EIN-Zustand (elektrisch geschlossen, d. h. in dem leitenden Zustand) ist, und der Schalter SW_1 bleibt in seinem jeweiligen AUS-Zustand deaktiviert (elektrisch geöffnet, d. h. in dem nicht leitenden Zustand).
  • Dementsprechend wird während des Ansteuerungszustands mit normalem Abfall keine Spannung aktiv angelegt und ermöglicht, dass sich das Magnetfeld in dem elektromagnetischen Aktor abbaut und die Ansteuerstromstärke in dem elektromagnetischen Aktor, die durch die elektrische Schleife über die Diode D2 zu dem elektromagnetischen Aktor und dann durch den leitend geschalteten Schalter SW_2 zu Masse fließt, abnimmt, z. B. entsprechend einer exponentiellen Abnahme. Aus diesem Grund kann der „Ansteuerungszustand mit normalem Abfall“ als ein passiver Ansteuerungszustand oder ein Ansteuerungszustand des passiven Steuerns des elektromagnetischen Aktors bezeichnet werden.
  • Ansteuerungszustand mit schnellem Abfall
  • In einem „Ansteuerungszustand mit schnellem Abfall“ (der manchmal auch als „Rücksetz-Ansteuerungszustand“ bezeichnet werden kann) kann die Schalteransteuerlogik 124 der Ansteuerschaltung 103 vielleicht keine Aktivierungssignale an die Gates aller Schalter SW_1 und SW_2 liefern, so dass alle Schalter SW_1 und SW_2 in ihren jeweiligen AUS-Zuständen (elektrisch geöffnet, d. h. in dem nicht leitenden Zustand) deaktiviert sind.
  • Wenn ein vorheriger Ansteuerungszustand ein Ansteuerungszustand war, bei dem eine Spannung, beispielsweise die Ansteuerspannung V_Drive, aktiv an den elektromagnetischen Aktor angelegt wird, so dass ein Ansteuerstrom durch den elektromagnetischen Aktor fließt und ein Magnetfeld in dem elektromagnetischen Aktor aufgebaut wird, schneidet das Schalten in den „Ansteuerungszustand mit schnellem Abfall“ dementsprechend den Ansteuerstrom abrupt ab, indem alle drei Schalter elektrisch geöffnet werden und der Strom in den Sperrrichtungen der Dioden D1 und D2 gesperrt wird, so dass das Magnetfeld in dem elektromagnetischen Aktor kollabiert oder kollabieren gelassen wird.
  • Dies führt typischerweise zu einer induzierten Spannung in einer entgegengesetzten Richtung, die auf einen Minimalwert des negativen Werts von V_Drive begrenzt ist, (mit anderen Worten, der Absolutwert der induzierten Spannung ist durch den Absolutwert von V_Drive begrenzt) durch die Verbindung über die Diode D2 in der Stromsperrrichtung zu der Ansteuerspannungsquelle, die die Ansteuerspannung V_Drive liefert.
  • Dementsprechend wird während des s Ansteuerungszustands mit schnellem Abfall keine Spannung aktiv angelegt und das Magnetfeld in dem elektromagnetischen Aktor kann abrupt kollabieren und der Ansteuerstrom in dem elektromagnetischen Aktor wird zu dem Zeitpunkt des Schaltens von einem aktiven Ansteuerungszustand in den Ansteuerungszustand mit schnellem Abfall abrupt unterbrochen. Aus diesem Grund kann der „Ansteuerungszustand mit schnellem Abfall“ als passiver Ansteuerungszustand oder Ansteuerungszustand des passiven Steuerns des elektromagnetischen Aktors bezeichnet werden.
  • Zusammenfassung der Ansteuerungszustände
  • Als Beispiel können in der Ansteuerschaltung von 16 sind zumindest die obigen drei Ansteuerungszustände - „aktiver Ansteuerungszustand“, der in den folgenden Figuren als Zustand I* bezeichnet ist, „Ansteuerungszustand mit normalem Abfall“, der in den folgenden Figuren als Zustand II bezeichnet ist, „Ansteuerungszustand mit schnellem Abfall“, der in den folgenden Figuren als Zustand IV bezeichnet ist, durch Ausgeben geeigneter Steuersignale an die jeweiligen Schalter SW_1 und SW_2 gemäß der folgenden Tabelle ausgewählt werden:
    Ansteuerungszustand Schalter SW_1 Schalter SW_2
    I* Aktiver Ansteuerungszustand EIN EIN
    II Ansteuerungszustand mit normalem Abfall AUS EIN
    IV Ansteuerungszustand mit schnellem Abfall AUS AUS
  • Neunte beispielhafte Kraftstoffeinspritzer-Steuerverfahren-Ausführungsform
  • 17 ist eine beispielhafte Darstellung, die ein Steuerkonzept einer Kraftstoffeinspritzer-Betriebsart zeigt, die sich auf beispielhafte Ausführungsformen einschließlich einer neunten beispielhaften Ausführungsform bezieht, die sich auf einen Halbhub-Betrieb bezieht, und die entsprechenden Darstellungen der Ansteuerungszustände der Ansteuerschaltungsschalter als Funktion der Zeit, der Steuerspannung als Funktion der Zeit, der Ansteuerstromstärke als Funktion der Zeit und der Kraftstoffeinspritzungs-Durchflussrate als Funktion der Zeit enthält. Die Steuerung von 17 ist der Steuerung von 9 ähnlich, wobei die Hochsetzphase und Haltephasen basierend auf dem gleichen Ansteuerungszustand, d. h. beispielhaft dem aktiven Ansteuerungszustand I*, gesteuert werden.
  • Wie im oberen Teil von 17 zu sehen ist, sind die Ansteuerungszustände des Phasenprofils für die Einspritzzyklussteuerung gemäß 17 beispielhaft in einer Abfolge einer ersten Phase (aktiven Phase) einer Zeitspanne T_I *,1 zwischen den Zeitpunkten t1 und t2, in der die Ansteuerschaltung in den aktiven Ansteuerungszustand I* geschaltet wird, um die Steuerung des Einspritzpulses des derzeitigen Einspritzzyklus zu starten (ähnlich den obigen Hochsetzphasen), und zwischen den Zeitpunkten t1 und t2 für die Zeitspanne T_I*,1 in dem aktiven Ansteuerungszustand I* gehalten wird. In einer beispielhaften zweiten Phase (Phase mit normalem Abfall) einer Zeitspanne T_II zwischen den Zeitpunkten t2 und t3 wird die Ansteuerschaltung in den Ansteuerungszustand mit normalem Abfall 511 geschaltet und zwischen den Zeitpunkten t2 und t3 für die Zeitspanne T_II in dem Ansteuerungszustand mit normalem Abfall II gehalten. In einer beispielhaften dritten Phase (zweiten aktiven Phase) einer Zeitspanne T_I*,2 zwischen den Zeitpunkten t3 und t4 wird die Ansteuerschaltung wieder in den aktiven Ansteuerungszustand I* geschaltet und zwischen den Zeitpunkten t3 und t4 für die Zeitspanne T_I*,2 in dem aktiven Ansteuerungszustand I* gehalten. In einer beispielhaften vierten Phase (ersten Phase mit schnellem Abfall) einer Zeitspanne T_IV,1 zwischen den Zeitpunkten t4 und t5 wird die Ansteuerschaltung ferner beispielhaft in den Ansteuerungszustand mit schnellem Abfall IV geschaltet und zwischen den Zeitpunkten t4 und t5 für die Zeitspanne T_IV,1 in Ansteuerungszustand mit schnellem Abfall IV gehalten, um zu bewirken, dass die Öffnungsbewegung des Ventils verlangsamt wird und das Ventil veranlasst wird, erneut eine Schließbewegung zu starten, bevor das Ventilelement die vollständig geöffnete Position erreicht (Halbhub-Betrieb) . Dann wird in einer beispielhaften fünften Phase (dritten aktiven Phase) einer Zeitspanne T_I*,3 zwischen den Zeitpunkten t5 und t6 in 17 die Ansteuerschaltung erneut in den aktiven Ansteuerungszustand I* geschaltet und zwischen den Zeitpunkten t5 und t6 für die Zeitspanne T_I*,3 in dem aktiven Ansteuerungszustand I* gehalten. Dies bewirkt, dass sich das elektromagnetische Feld in dem elektromagnetischen Aktor wieder aufbaut und die Schließgeschwindigkeit des Ventilelements zu dem Zeitpunkt verlangsamt wird, zu dem das Ventilelement die vollständig geschlossene Position erreicht (und dadurch den Ventilsitz berührt), um Lärm und Vibrationen aufgrund der verzögerten Schließgeschwindigkeit zu reduzieren. Schließlich wird beispielhaft in einer beispielhaften sechsten Phase (zweiten Phase mit schnellem Abfall) einer Zeitspanne T_IV,2 zwischen den Zeitpunkten t6 und t7 die Ansteuerschaltung in den Ansteuerungszustand mit schnellem Abfall IV geschaltet und zwischen den Zeitpunkten t6 und t7 für die Zeitspanne T_IV,2 in dem Ansteuerungszustand mit schnellem Abfall IV gehalten, um die Steuerung des derzeitigen Einspritzzyklus abzuschließen und insbesondere das Ventil geschlossen zu halten, nachdem es die vollständig geschlossene Position erreicht hat (beispielhaft ist die Schaltzeit t6 im Wesentlichen gleich der Schließzeit tc).
  • Ähnlich wie in dem obigen Steuerbetrieb können die Zeitdauern T_I*,1, T_II, T_I*, 2, T_IV,1 und TI*,3 der ersten aktiven Phase, der Phase mit normalem Abfall, der zweiten aktiven Phase, der ersten Phase mit schnellem Abfall und der dritten aktiven Phase und/oder die Schaltzeiten t1, t2, t3, t4, t5 und t6 basierend auf gewünschten Zielbedingungen bestimmt (z. B. vorbestimmt) werden, die beispielsweise eine gewünschte Kraftstoffeinspritzmenge umfassen (die im Grunde durch die Fläche unter der Durchflussratenfunktion zwischen den Zeitpunkten t_o und tc gegeben ist).
  • Zum Beispiel kann das Phasenprofil, das die Zeitdauern T_I*,1, T_II, T_I*, 2, T_IV,1 und TI*,3 der jeweiligen Phasen und/oder die Schaltzeiten t1, t2, t3, t4, t5 und t6 (in den letzten Ansteuerungszustand mit schnellem Abfall) angibt, so vorbestimmt sein, dass eine gewünschte Kraftstoffeinspritzmenge erzielt wird. Wiederum kann ein solches Phasenprofil beispielsweise für eine bestimmte gewünschte Kraftstoffeinspritzmenge pro Einspritzzyklus in einem Speicher der elektronischen Steuereinheit (beispielsweise ECU) vorgespeichert sein. Außerdem kann eine Rückkopplungs- und/oder Vorwärtskopplungssteuerung basierend auf einer variablen gewünschten Kraftstoffeinspritzmenge implementiert sein. Zum Beispiel kann eine Kraftstoffeinspritzmenge basierend auf dem Anpassen eines oder mehrerer Parameter des Phasenprofils, wie z. B. der jeweiligen Zeitdauern davon und/oder der Schaltzeiten t1, t2, t3, t4, t5 und t6, gesteuert werden.
  • Zum Beispiel können insbesondere die Schaltzeiten t4, t5 und/oder t6 angepasst werden und dann, wenn vielleicht eine höhere Einspritzmenge benötigt wird, können die Schaltzeiten t4, t5 und/oder t6 so gewählt werden, dass sie auf spätere Zeitvorgaben in dem Einspritzzyklus eingestellt werden, oder dann, wenn vielleicht eine niedrigere Einspritzmenge benötigt wird, können die Schaltzeiten t4, t5 und/oder t6 so gewählt werden, dass sie auf frühere Zeitvorgaben in dem Einspritzzyklus eingestellt werden.
  • Experimente haben ergeben, dass eine solche Steuerung basierend auf Phasenprofilen, bei der Aktivierungszeitvorgaben und/oder Aktivierungsdauern für Ansteuerungszustände bestimmt oder vorbestimmt sind, insbesondere für niedrige Einspritzmengen von etwa 7 mg/Puls oder weniger, die Puls-zu-Puls-Variationen im Vergleich zu der oben beschriebenen Stromsteuerung signifikant verringert und Puls-zu- Puls-Variationen unter 1 % oder sogar von etwa 0,5 % für höhere und niedrigere Einspritzmengen durch eine solche Phasenprofilsteuerung aufrechterhalten werden können, insbesondere auch für 7mg/Puls oder weniger. Des Weiteren konnte bestimmt werden, dass die zusätzliche dritte aktive Phase der Zeitspanne T_I*,3 dazu geeignet war, Lärm und Vibrationen, die zu oder kurz nach der Schließzeit tc auftreten, deutlich zu reduzieren.
  • Steuerkonzeptvergleich
  • 18 ist eine beispielhafte Darstellung, die einen Steuerkonzeptvergleich von Kraftstoffeinspritzer-Betriebsarten gemäß einer Stromstärkesteuerung (durchgezogene Linien) wie in 7 und gemäß dem Steuerkonzept der Kraftstoffeinspritzer-Betriebsart von 9 basierend auf zwei verschiedenen Parametersätzen (gestrichelte Linien bzw. gepunktete Linien) zeigt, wobei die entsprechenden Darstellungen der Steuerspannung als Funktion der Zeit, der Ansteuerstromstärke als Funktion der Zeit und der Kraftstoffeinspritzungs-Durchflussrate als Funktion der Zeit enthalten sind.
  • Wie in 18, die aus tatsächlichen Kraftstoffeinspritzersteuerungs-Experimenten für beide Parametersätze (gestrichelte Linien bzw. gepunktete Linien mit verschiedenen Zeitdauern der jeweiligen Ansteuerungszustände) gemäß jeweiligen Phasenprofilen erhalten wird, die dem Phasenprofil von 9 entsprechen, zu sehen ist, können die Vibrationen, insbesondere nach der Schließzeit, deutlich reduziert werden. Ferner kann, wie speziell für das der gestrichelten Linie entsprechende Phasenprofil ersichtlich ist, eine sehr glatte Ventilbewegungsbahn verglichen mit der üblichen Stromsteuerung gesteuert werden.
  • Beispielhafte Ausführungsformen von Kraftstoffeinspritzer-Steuerungsverfahren
  • Erste beispielhafte Kraftstoffeinspritzer-Steuerverfahren-Ausführungsform
  • 19A ist eine beispielhafte Darstellung, die ein Ablaufdiagramm eines Steuerverfahrens für einen Kraftstoffeinspritzer gemäß beispielhaften Ausführungsformen zeigt.
  • Das Verfahren von 19A umfasst beispielhaft einen Schritt S191 zum Auswählen einer gewünschten Kraftstoffeinspritzer-Betriebsart (beispielsweise basierend auf Zielbetriebsbedingungen). Solche Kraftstoffeinspritzer-Betriebsarten können eine oder mehrere der oben beschriebenen beispielhaften Kraftstoffeinspritzer-Betriebsarten umfassen und die derzeitig gewünschte Kraftstoffeinspritzer-Betriebsart kann basierend auf Zielbetriebsbedingungen ausgewählt werden, beispielsweise basierend auf den Zielbetriebsbedingungen, ob ein Vollhub-Betrieb oder ein Halbhub-Betrieb durchgeführt werden soll, den Zielbetriebsbedingungen, ob ein einzelner Einspritzpuls oder mehrere Einspritzpulse durchgeführt werden sollen, und/der den Zielbetriebsbedingungen, ob die Einspritzventitsteuerungfür niedrige Puls-zu-Puls-Variationen, für geringen Lärm und Vibrationen und/der eine hohe Einspritzmengengenauigkeit optimiert werden soll.
  • Darüber hinaus umfasst das Verfahren in einem Schritt S192 ein Bestimmen einer oder mehrerer gewünschter Kraftstoffeinspritzzyklus-Eigenschaften (z. B. basierend auf Zielbetriebsbedingungen). Die gewünschten Kraftstoffeinspritzzyklus-Eigenschaften können beispielsweise mindestens eine gewünschte Kraftstoffeinspritzmenge pro Einspritzzyklus (und/der pro Einspritzpuls) umfassen.
  • Dies kann beispielsweise durch eine gewünschte Gesamt-Kraftstoffeinspritzmenge pro Einspritzzyklus und/der auch als eine gewünschte Anzahl von Einspritzpulsen pro Einspritzzyklus und gewünschte Kraftstoffeinspritzmenge pro jedem der Einspritzpulse des Einspritzzyklus angegeben sein.
  • Ferner können die gewünschten Kraftstoffeinspritzzyklus-Eigenschaften eine gewünschte Ventilbewegungsbahn oder Charakteristiken der gewünschten Ventilbewegungsbahn pro Einspritzzyklus oder pro Einspritzpuls umfassen. Es ist zu beachten, dass die gewünschten Kraftstoffeinspritzzyklus-Eigenschaften auch nur die gewünschte Ventilbewegungsbahn oder die Eigenschaften der gewünschten Ventilbewegungsbahn pro Einspritzzyklus oder pro Einspritzpuls umfassen können, wobei dann die gewünschte Ventilbewegungsbahn oder die Eigenschaften der gewünschten Ventilbewegungsbahn pro Einspritzzyklus oder pro Einspritzpuls vorzugsweise auf der Basis weiterer Zielparameter einschließlich mindestens der gewünschten Kraftstoffeinspritzmenge(n) pro Einspritzzyklus und/der pro Einspritzzyklus vorbestimmt sind, so dass die gewünschten Kraftstoffeinspritzzyklus-Eigenschaften vorzugsweise immer noch basierend auf der gewünschten Kraftstoffeinspritzmenge bestimmt werden.
  • In einem Schritt S193 umfasst das Verfahren ferner ein Bestimmen (Auswählen) eines derzeitigen Zielphasenprofils unter mehreren voreingestellten Einspritzungs- Phasenprofilen basierend auf der in Schritt S191 ausgewählten Kraftstoffeinspritzer-Betriebsart und/oder basierend auf den in Schritt S192 bestimmten gewünschten Kraftstoffeinspritzzyklus-Eigenschaften.
  • Wie in den vorangehenden Beispielen und beispielhaften Ausführungsformen beschrieben, gibt ein Phasenprofil mehrere Steuerphasen an und Ansteuerungszustände oder eine Ansteuerschaltersteuerung davon sind jeder jeweiligen Phase des Phasenprofils zugeordnet.
  • Speziell kann das Phasenprofil die mehreren Phasen der Kraftstoffeinspritzersteuerung für einen jeweiligen Einspritzzyklus angeben und die Abfolge davon bestimmen. In diesem Sinn kann ein Phasenprofil beispielhaft so betrachtet werden, dass es eine Abfolge von mehreren Steuerphasen angibt, die pro Einspritzzyklus durchgeführt werden sollen.
  • Weiterhin kann für ein gewisses Phasenprofil das Phasenprofil für jede Steuerphase der zugeordneten Phasenabfolge zusätzlich eine Dauer (Zeitspanne) einer, mehr oder jeder der angegebenen Steuerphasen angeben.
  • Zum Beispiel können die Phasenprofile für eine oder mehrere Kraftstoffeinspritzer-Betriebsarten für eine oder mehrere Ziel- Kraftstoffeinspritzzyklus-Eigenschaften und/oder für eine oder mehrere Ziel-Kraftstoffeinspritzmengen in einem Speicher oder Datenspeicher der elektronischen Steuereinheit (z. B. ECU 104), die bereitgestellt werden soll, vorgespeichert sein. Dies ermöglicht es vorteilhafterweise zudem, Phasenprofile durch Software- oder Firmware-Aktualisierungen hinzuzufügen oder zu entfernen.
  • In Schritt S194 umfasst das Verfahren für den derzeitigen Einspritzzyklus ein Steuern des Kraftstoffeinspritzer-Betriebs während des jeweiligen Einspritzzyklus durch Steuern der Ansteuerungszustände der Ansteuerschaltung des Kraftstoffeinspritzers basierend auf dem in Schritt S193 bestimmten/ausgewählten Zielphasenprofil.
  • Nach dem Steuern des Kraftstoffeinspritzers für den derzeitigen Einspritzzyklus kann das Verfahren optional einen Schritt S195 zum Bestimmen, ob sich die Zielbetriebsbedingungen geändert haben könnten, umfassen. Wenn sich die Zielbetriebsbedingungen nicht geändert haben (Schritt S195 ergibt NEIN), fährt das Verfahren mit der Steuerung des nächsten Einspritzzyklus fort und wiederholt beispielsweise den Schritt S194 für den nächsten Einspritzzyklus.
  • Falls sich die Zielbetriebsbedingungen jedoch geändert haben könnten (Schritt S195 ergibt JA), fährt das Verfahren mit Schritt S191 fort, um eine neue erwünschte Kraftstoffeinspritzer-Betriebsart basierend auf den geänderten Zielbetriebsbedingungen auszuwählen. Auch kann das Verfahren dann, wenn die geänderten Zielbetriebsbedingungen nur die gewünschten Kraftstoffeinspritzungseigenschaften beeinflussen, die zuvor ausgewählte Kraftstoffeinspritzer-Betriebsart beibehalten und in Schritt S192 nur die geänderten gewünschten Kraftstoffeinspritzzyklus-Eigenschaften bestimmen.
  • Dann kann in Schritt S193 ein weiteres Zielphasenprofil basierend auf den geänderten Zielbetriebsbedingungen, der geänderten erwünschten Kraftstoffeinspritzer-Betriebsart und/oder den geänderten erwünschten Kraftstoffeinspritzzyklus-Eigenschaften ausgewählt werden, um dann das Kraftstoffeinspritzventil im Weiteren in Schritt S194 basierend auf dem neu ausgewählten Zielphasenprofil zu steuern und so weiter.
  • 19B ist eine beispielhafte Darstellung, die ein beispielhaftes Ablaufdiagramm eines Verfahrens einer Ansteuerungszustandssteuerung basierend auf einem Zielphasenprofil während eines Einspritzzyklus in dem Steuerverfahren von 19A gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform des Kraftstoffeinspritzer-Steuerverfahrens (oder in den Steuerverfahren von einer von 20 und 21 in noch weiteren beispielhaften Ausführungsformen) zeigt.
  • Insbesondere kann gemäß beispielhaften Ausführungsformen das Verfahren von 19B ausgeführt werden, um Schritt S194 in 19A durchzuführen (oder um Schritt S204 in 20 oder Schritt S204 in 21 durchzuführen).
  • Zuerst umfasst das Verfahren, z. B. für n = 1, beispielhaft den Schritt S1941 zum Bestimmen eines derzeitigen Ansteuerungszustands auf der Basis des voreingestellten n-ten Ansteuerungszustands (z. B. zuerst des 1. Ansteuerungszustands, der typischerweise der Hochsetz-Ansteuerungszustand sein kann) des derzeitigen Zielphasenprofils (wie es z. B. in Schritt S193 ausgewählt wird).
  • In dieser beispielhaften Ausführungsform wird beispielhaft angenommen, dass das ausgewählte voreingestellte Phasenprofil nicht nur die Abfolge von Steuerphasen (oder Abfolge von Ansteuerungszuständen) des Phasenprofils angibt, sondern zusätzlich, z. B. für jede Steuerphase des Phasenprofils, die zugehörige Dauer oder zugehörige Zeitspanne der jeweiligen Steuerphase angeben kann.
  • In Anbetracht dessen bestimmt das Verfahren in Schritt S1942 die Dauer (n-te Zeitspanne), die dem n-ten Ansteuerungszustand des in Schritt S1941 bestimmten Phasenprofils zugeordnet ist, basierend auf den in dem Phasenprofil angegebenen zusätzlichen Zeitdauer-Informationen. Beispielsweise kann für n = 1, wenn der 1. Ansteuerungszustand vielleicht der Hochsetz-Ansteuerungszustand ist, das Phasenprofil als 1. Zeitspanne die Dauer der dem Hochsetz-Ansteuerungszustand zugeordneten Phase angeben und der Schritt S1942 bestimmt die Dauer der Phase, die dem Hochsetz-Ansteuerungszustand zugeordnet ist, basierend auf den Informationen des derzeitigen Zielphasenprofils.
  • Nach Bestimmen des derzeitigen Ziel-Ansteuerungszustands (n-ten Ansteuerungszustands) in Schritt S1941 und Bestimmen der zugeordneten Dauer (n-ten Zeitspanne) in Schritt S1942 wird die Ansteuerschaltung so gesteuert, dass sie in Schritt S1943 gemäß dem bestimmten derzeitigen Ziel-Ansteuerungszustand gesteuert wird (z. B. wird die Ansteuerschaltung in dem Fall des Hochsetz-Ansteuerungszustands gesteuert, um den Hochsetz-Schalter und den Niederseiten-Schalter elektrisch zu schließen, während der Batterieschalter elektrisch geöffnet bleibt).
  • Ferner wird in Schritt S1943 der derzeitige Ziel-Ansteuerungszustand für eine Dauer, die der Dauer (n-ten Zeitspanne) entspricht, die dem n-ten Ansteuerungszustand des Phasenprofils zugeordnet ist, beibehalten (d. h. die Ansteuerschaltung wird in dem derzeitigen Ziel-Ansteuerungszustand gehalten, z. B. wird in dem Hochsetz-Ansteuerungszustand die Ansteuerschaltung für die Dauer der Hochsetz-Zeitspanne in dem Hochsetz-Ansteuerungszustand gehalten).
  • Nachdem die dem derzeitigen Ziel-Ansteuerungszustand zugeordnete Zieldauer abgelaufen ist, fährt das Verfahren entweder mit dem nächsten Ziel-Ansteuerungszustand fort oder beendet den Einspritzzyklus (um wiederum zu dem nächsten Einspritzzyklus überzugehen, siehe beispielsweise den obigen Schritt S195).
  • Zum Beispiel bestimmt das Verfahren in Schritt S1944, ob die Phase oder der Ansteuerungszustand des vorliegenden Zielphasenprofils die letzte Phase (der letzte Ansteuerungszustand) des derzeitigen Zielphasenprofils war, d. h. die letzte Phase (der letzte Ansteuerungszustand) des derzeitigen Einspritzzyklus. Wenn der Schritt S1944 JA ergibt, endet die Steuerung des derzeitigen Einspritzzyklus (um z. B. mit dem nächsten Einspritzzyklus fortzufahren, siehe z. B. Schritt S195 in 19A.)
  • Wenn andererseits der Schritt S1944 NEIN ergibt, fährt das Verfahren mit der nächsten Phase (dem nächsten Ansteuerungszustand) des derzeitigen Einspritzzyklus fort. D. h., das Verfahren fährt mit dem (n+1)-ten Ansteuerungszustand des derzeitigen Zielphasenprofils fort (Schritt S1941 mit n -> n + 1).
  • Beispielsweise umfasst das Verfahren für n = 2 beispielhaft den Schritt S1941 zum Bestimmen eines derzeitigen Ansteuerungszustands basierend auf dem voreingestellten zweiten Ansteuerungszustand (der typischerweise ein Ansteuerungszustand mit normalem Abfall oder Halte-Ansteuerungszustand ist) des derzeitigen Zielphasenprofils (wie es z. B. vorher in Schritt S193 ausgewählt wird).
  • In Anbetracht dessen bestimmt das Verfahren in Schritt S1942 die Dauer (2. Zeitspanne), die dem zweiten Ansteuerungszustand des in Schritt S1941 bestimmten Phasenprofils zugeordnet ist, basierend auf den zusätzlichen Zeitdauer- Informationen, die in dem Phasenprofil angegeben sind. Beispielsweise kann das Phasenprofil für n = 2 dann, wenn der 2. Ansteuerungszustand der Ansteuerungszustand mit normalem Abfall oder der Halte-Ansteuerungszustand ist, als 2. Zeitspanne die Dauer der Phase angeben, die dem Ansteuerungszustand mit normalem Abfall oder dem Halte-Ansteuerungszustand zugeordnet ist, und der Schritt S1942 bestimmt die Dauer der Phase, die dem Ansteuerungszustand mit normalem Abfall oder dem Halte-Ansteuerungszustand zugeordnet ist, basierend auf den Informationen des derzeitigen Zielphasenprofils.
  • Nach Bestimmen des derzeitigen Ziel-Ansteuerungszustands (2. Ansteuerungszustands) in Schritt S1941 und Bestimmen der zugehörigen Dauer (2. Zeitspanne) in Schritt S1942 wird die Ansteuerschaltung so gesteuert, dass sie in Schritt S1943 gemäß dem bestimmten derzeitigen Ziel-Ansteuerungszustand geschaltet wird. Ferner wird in Schritt S1943 der derzeitige Ziel-Ansteuerungszustand für eine Dauer, die der Dauer (2. Zeitspanne) entspricht, die dem zweiten Ansteuerungszustand des Phasenprofils zugeordnet ist, beibehalten (d. h. die Ansteuerschaltung wird in dem derzeitigen Ziel-Ansteuerungszustand gehalten, z. B. wird in dem Hochsetz-Ansteuerungszustand die Ansteuerschaltung für die Dauer der Hochsetz-Zeitspanne in dem Hochsetz-Ansteuerungszustand gehalten).
  • Zum Beispiel umfasst das Verfahren für n = L (L gibt den letzten Ansteuerungszustand / die letzte Phase an) beispielhaft den Schritt S1941 zum Bestimmen eines derzeitigen Ansteuerungszustands basierend auf dem voreingestellten L-ten Ansteuerungszustand (der typischerweise ein Ansteuerungszustand mit schnellem Abfall ist) des derzeitigen Zielphasenprofils (wie es z. B. zuvor in Schritt S193 ausgewählt wird).
  • In Anbetracht dessen bestimmt das Verfahren in Schritt S1942 die Dauer (L-te Zeitspanne), die dem L-ten Ansteuerungszustand des im Schritt S1941 bestimmten Phasenprofils zugeordnet ist, basierend auf den zusätzlichen Zeitdauerinformationen, die in dem Phasenprofil angegeben sind. Beispielsweise kann das Phasenprofil für n = L dann, wenn der L-te Ansteuerungszustand der Ansteuerungszustand mit schnellem Abfall ist, als L-te Zeitspanne die Dauer der Phase an, die dem Ansteuerungszustand mit schnellem Abfall zugeordnet ist, und der Schritt S1942 bestimmt die Dauer der Phase, die dem Ansteuerungszustand mit schnellem Abfall zugeordnet ist, basierend auf den Informationen des derzeitigen Zielphasenprofils.
  • Nach Bestimmen des derzeitigen Ziel-Ansteuerungszustands (L-ten Ansteuerungszustands) in Schritt S1941 und Bestimmen der zugeordneten Dauer (L-ten Zeitspanne) in Schritt S1942 wird die Ansteuerschaltung gesteuert, um in Schritt S1943 gemäß dem bestimmten derzeitigen Ziel-Ansteuerungszustand geschaltet zu werden, d. h. durch Öffnen des Hochsetz-Schalters, des Batterieschalters und des Niederseiten-Schalters.
  • Ferner wird in Schritt S1943 der derzeitige Ziel-Ansteuerungszustand für eine Dauer, die der Dauer (L-ten Zeitspanne) entspricht, die dem L-ten Ansteuerungszustand des Phasenprofils zugeordnet ist, beibehalten (d. h. die Ansteuerschaltung wird in dem derzeitigen Zielansteuerungszustand gehalten, z. B. wird im Fall eines Ansteuerungszustand mit schnellem Abfall die Ansteuerschaltung für die Dauer der Zeitspanne mit schnellem Abfall oder länger in dem Ansteuerungszustand mit schnellem Abfall gehalten, da das nächste Schalten möglicherweise nicht vor der Hochsetzphase des nächsten Einspritzzyklus stattfindet).
  • Zweite beispielhafte Kraftstoffeinspritzer-Steuerverfahren-Ausführungsform
  • 19C ist eine beispielhafte Darstellung, die ein beispielhaftes Ablaufdiagramm eines Verfahrens einer Ansteuerungszustandssteuerung basierend auf einem Zielphasenprofil während eines Einspritzzyklus in dem Steuerverfahren von 19A gemäß einer zweiten beispielhaften Ausführungsform des Kraftstoffeinspritzer-Steuerverfahrens (oder in den Steuerverfahren von einer von 20 und 21 in noch weiteren beispielhaften Ausführungsformen) zeigt.
  • Insbesondere kann gemäß Ausführungsformen das Verfahren von 19C ausgeführt werden, um den oben beschriebenen Schritt S194 in 19A (oder Schritt S204 in 20 oder Schritt S204 in 21) durchzuführen. Das Verfahren kann ähnlich zu 19B Schritte S1941, S1942, S1943 und S1944 umfassen. In 19B wird allerdings angenommen, dass ein Phasenprofil nur Phasen stationärer Ansteuerungszustände von Phasenzeitspannen, in denen der jeweilige zugeordnete Ziel-Ansteuerungszustand durch die gesamte Phase hindurch gehalten wird, umfasst und insbesondere das Phasenprofil keine Phase von PWM-Schalten umfasst. In der vorliegenden Ausführungsform wird allerdings vorausgesetzt, dass das Phasenprofil eine oder mehrere Phasen von PWM-Schaltbetrieb und eine oder mehrere Phasen eines zugeordneten stationären Ansteuerungszustands während der jeweiligen Phase umfasst.
  • Angesichts dessen umfasst das Verfahren von 19C beispielhaft einen Schritt S1940 des Bestimmens der n-ten Phase, die in dem derzeitigen Phasenprofil angegeben ist, zuerst für n = 1, um dann zu bestimmen, ob die n-te bestimmte Phase des derzeitigen Zielphasenprofils eine PWM-Phase ist (d. h. eine Phase des PWM-Schaltens, eine Phase von PWM-Schaltoperationen), und ob die derzeitige n-te Phase keine PWM-Phase ist (oder genauer, ob die derzeitige n-te Phase eine Ansteuerungszustandsphase eines stationären Ansteuerungszustands ist). Das Verfahren fährt dann beispielhaft ähnlich wie in 19B mit den Schritten S1941, S1942, S1943 und S1944 fort.
  • Wenn die derzeitige n-te Phase allerdings als PWM-Phase bestimmt wird, fährt das Verfahren mit dem optionalen Schritt S1941' eines Bestimmens zweier Ansteuerungszustände basierend auf Ansteuerungszuständen, die für die n-te Phase basierend auf dem derzeitigen Zielphasenprofil voreingestellt sind, fort. Der Schritt S1941' ist optional, da die zwei Ansteuerungszustände zum PWM-Schalten vorbestimmt sein können, beispielsweise designierte Ansteuerungszustände für PWM-Schalten sein können, wie beispielsweise der Batterie-Ansteuerungszustand (Halte-Ansteuerungszustand) und der Ansteuerungszustand mit normalem Abfall.
  • In Schritt S1942' umfasst das Verfahren ein Bestimmen einer zugeordneten Dauer (n-ten Zeitspanne) der n-ten Phase des PWM-Schaltens basierend auf dem derzeitigen Zielphasenprofil und in Schritt S1943' umfasst das Verfahren ein Bestimmen eines zugeordneten Tastgrads für die n-te Phase des PWM-Schaltens basierend auf dem derzeitigen Zielphasenprofil.
  • In Schritt S1944' fährt das Verfahren mit einem Steuern eines PWM-Schaltens zwischen den bestimmten zwei Ansteuerungszuständen (oder den vorbestimmten zwei Ansteuerungszuständen) fort, wobei der Tastgrad für die n-te Phase des PWM-Schaltens bestimmt wird und dann, wenn die bestimmte n-te Dauer ausläuft, das PWM-Schalten gestoppt wird und das Verfahren mit der nächsten Phase, d. h. der (n+1)-ten Phase, fortfährt (n -> n + 1). Das heißt, dass das Verfahren Schritt S1940 für die (n+1)-te Phase wiederholt.
  • Hier ist optional keine Prüfung der letzten Phase ähnlich wie bei Schritt S1944 vorgesehen, da die PWM-Phase typischerweise nicht die letzte Phase ist und die letzte Phase typischerweise eine Phase stationären Ansteuerungszustands ist (z. B. eines Ansteuerungszustand mit normalem Abfall oder schnellem Abfall). Allerdings ist es in anderen beispielhaften Ausführungsformen möglich, Phasenprofile mit einer PWM-Phase als letzter Phase zu versehen und eine weitere Prüfung für die letzte Phase kann zudem nach Schritt S1944' vorgesehen sein.
  • Dritte beispielhafte Kraftstoffeinspritzer-Steuerverfahren-Ausführungsform
  • 20 ist eine beispielhafte Darstellung, die einen Ablaufplan eines Steuerverfahrens für einen Kraftstoffeinspritzer gemäß einer dritten beispielhaften Kraftstoffeinspritzer-Steuerverfahren-Ausführungsform zeigt.
  • Beispielhaft weist 19A keine Rückkopplungssteuerung (wie beispielsweise eine Steuerung mit geschlossener Schleife) oder Vorwärtskopplungssteuerung auf, sondern führt beispielhaft die Steuerung von Einspritzpulsen auf der Basis eines vorausgewählten, vorbestimmten und/oder vorgespeicherten Phasenprofils aus, das beispielhaft nicht während der Steuerung der anschließenden Einspritzpulse adaptiert oder angepasst wird, wenn sich die Zielbetriebsbedingungen nicht vielleicht ändern, um ein weiteres vorausgewähltes, vorbestimmtes und/oder vorgespeichertes Phasenprofil auszuwählen.
  • Die vorliegende Erfindung umfasst allerdings auch Optionen für Rückkopplungssteuerung oder Vorwärtskopplungssteuerung, wie es beispielhaft unter Bezugnahme auf 20 und auch die weiteren beispielhaften Ausführungsformen von 21 und 22 unten beschreiben ist.
  • Das Verfahren von 20 umfasst beispielhaft einen Schritt S201 eines Auswählens einer erwünschten Kraftstoffeinspritzer-Betriebsart (z. B. basierend auf Zielbetriebsbedingungen). Der Schritt S201 kann dem oben in Verbindung mit 19A erörterten Schritt S191 ähnlich sein.
  • Ferner umfasst das Verfahren in einem Schritt S202 (z. B. ähnlich wie bei dem oben in Verbindung mit 19A erörterten Schritt S192) ein Bestimmen einer oder mehrerer erwünschter Kraftstoffeinspritzzyklus-Eigenschaften (z. B. basierend auf den Zielbetriebsbedingungen). Die erwünschten Kraftstoffeinspritzzyklus-Eigenschaften können zum Beispiel mindestens eine erwünschte Kraftstoffeinspritzmenge pro Einspritzzyklus (und/oder pro Einspritzpuls) umfassen.
  • In einem Schritt S203 (z. B. ähnlich dem oben in Verbindung mit 19A erörterten Schritt S193) umfasst das Verfahren ferner ein Bestimmen (Auswählen) eines derzeitigen Zielphasenprofils basierend auf der in Schritt S201 ausgewählten Kraftstoffeinspritzer-Betriebsart und/oder wahlweise basierend auf den in Schritt S202 unter mehreren voreingestellten Phasenprofilen bestimmten erwünschten Kraftstoffeinspritzzyklus-Eigenschaften.
  • Wie in vorhergehenden Beispielen und beispielhaften Ausführungsformen beschrieben gibt ein Phasenprofil mehrere Steuerphasen und Ansteuerungszustände oder eine Ansteuerschaltersteuerung davon, die jeder jeweiligen Phase des Phasenprofils zugeordnet sind, an. Das Phasenprofil kann nur Phasen stationärer Ansteuerungszustände (ohne PWM-Schaltbetriebsphasen) umfassen, wie es beispielhaft in Verbindung mit 19B beschrieben ist, oder kann eine oder mehrere PWM-Phasen umfassen, wie es beispielhaft in Verbindung mit 19C beschrieben ist.
  • In Schritt S204 (z. B. ähnlich dem oben in Verbindung mit 19A erörterten Schritt S194, z. B. durch Verfahren gemäß 19B oder 19C) umfasst das Verfahren für den derzeitigen Einspritzzyklus ein Steuern des Kraftstoffeinspritzbetriebs während des jeweiligen Einspritzzyklus durch Steuern der Ansteuerungszustände der Ansteuerschaltung des Kraftstoffeinspritzers basierend auf dem derzeitigen Zielphasenprofil, das in Schritt S203 bestimmt/ausgewählt wird.
  • Nach dem Steuern des Kraftstoffeinspritzers für den derzeitigen Einspritzzyklus kann das Verfahren wahlweise einen Schritt S205 eines Bestimmens, ob sich die Zielbetriebsbedingungen geändert haben, umfassen. Wenn die Zielbetriebsbedingungen sich nicht geändert haben (Schritt S205 ergibt NEIN), fährt das Verfahren beispielhaft mit dem unten beschriebenen Schritt S206 fort. Wenn sich die Betriebsbedingungen allerdings geändert haben (Schritt S205 ergibt JA), fährt das Verfahren mit Schritt S201 fort, um einen neue erwünschte Kraftstoffeinspritzer-Betriebsart basierend auf den geänderten Zielbetriebsbedingungen auszuwählen. Zudem kann das Verfahren, wenn die geänderten Zielbetriebsbedingungen nur die erwünschten Kraftstoffeinspritzzyklus-Eigenschaften betreffen, die vorher ausgewählte Kraftstoffeinspritzer-Betriebsart beibehalten und in Schritt S202 nur die geänderten Kraftstoffeinspritzzyklus-Eigenschaften bestimmen.
  • Auf der anderen Seite fährt das Verfahren wie vorher erwähnt dann, wenn die Zielbetriebsbedingungen sich nicht geändert haben (Schritt S205 ergibt NEIN), beispielhaft mit Schritt S206 eines Bestimmens von Sensorinformationen, die die derzeitigen Kraftstoffeinspritzzyklus-Eigenschaften angeben, fort.
  • Solche Sensorinformationen können Sensorinformationen von bekannten Sensoren wie beispielsweise Sensorinformationen von einem Drucksensor, der einen Druck in dem Kraftstoffverteiler erfasst, und/oder von einem Stromstärkesensor, der eine Stromstärke in dem elektromagnetischen Aktor des Kraftstoffeinspritzers erfasst, verwenden.
  • Zum Beispiel können unter Verwendung eines Sensorsignals des Drucksensors und/oder einer ersten und/oder einer zweiten Zeitableitung davon Öffnungs- und Schließzeiten von Ventilen der Kraftstoffeinspritzer durch Beobachten und Analysieren des Sensorsignals des Drucksensors und/oder der ersten und/oder der zweiten Zeitableitungen davon bestimmt werden.
  • Es wurde zudem herausgefunden, dass ein Sensorsignal von einem Stromstärkesensor, der die Stromstärke in dem elektromagnetischen Aktor des Kraftstoffeinspritzers erfasst, analysiert werden kann, um Eigenschaften der Ventilbewegung in dem Ventil des Kraftstoffeinspritzers zu rekonstruieren oder zu bestimmen, was es ermöglicht, die Eigenschaften der Ventilbewegungsbahn des Ventilelements des Kraftstoffeinspritzers zu rekonstruieren oder zumindest zu analysieren. Insbesondere hat sich herausgestellt, dass ein Beobachten, Verarbeiten und Analysieren der ersten und/oder zweiten Zeitableitung der Stromstärke in dem elektromagnetischen Aktor des Kraftstoffeinspritzers nach Verarbeitung davon auf mehrere Eigenschaften der Ventilbewegung in dem Ventil des Kraftstoffeinspritzers hinweist, einschließlich beispielsweise des Öffnungszeitpunkts, Schließzeitpunkts, einer Schließgeschwindigkeit der Bewegung des Ventilelements vor dem Schließzeitpunkt (basierend auf den Eigenschaften einer zweiten Zeitableitung des Stromstärkesignals vor dem Detektieren des Schließzeitpunkts), eines Zeitpunkts des Auftreffens auf einen Anschlag oder ein anderes Hindernis (beispielsweise den Kern) in der vollständig geöffneten Position, eines Zeitpunkts der Bewegungsänderung von der Öffnungsrichtung zu der Schließrichtung in einem Halbhub-Betrieb, eines Zeitpunkts des Auftreffens des Ankerelements auf das Ventilelement zu einer Öffnungszeit und mehr.
  • Zudem kann das Verfahren zusätzlich oder alternativ auch Verwendung für andere Sensorinformationen wie beispielsweise Vibrationssensoren, die Vibrationen in der Kraftstoffeinspritzerstruktur wie etwa Vibrationen des Ventilelements, des Ankerelements und/oder des Ventilsitzes erfassen, und/oder Geräuschsensoren, die Geräusche in der Kraftstoffeinspritzstruktur wie beispielsweise Vibrationen des Ventilelements, des Ankerelements und/oder des Ventilsitzes erfassen, finden. Ferner ist es zusätzlich oder alternativ möglich, Sensoren vorzusehen, die es ermöglichen, eine Durchflussrate zu/durch den Kraftstoffeinspritzer als Funktion der Zeit zu messen, um ein Rekonstruieren oder Bestimmen der Eigenschaften der Ventilbewegung in dem Ventil des Kraftstoffeinspritzers zu ermöglichen, wobei es ermöglicht wird, Eigenschaften der Ventilbewegungsbahn des Ventilelements des Kraftstoffeinspritzers (basierend auf der Korrelation zwischen der Durchflussrate und der Ventilbewegung) zu rekonstruieren oder zumindest zu analysieren. Ferner ist es zusätzlich oder alternativ möglich, Sensoren vorzusehen, die eine Ventilbewegung direkt messen oder erfassen, um ein Rekonstruieren oder Bestimmen der Eigenschaften der Ventilbewegung in dem Ventil des Kraftstoffeinspritzers zu ermöglichen, um Eigenschaften der Ventilbewegungsbahn des Ventilelements des Kraftstoffeinspritzers basierend auf den direkten Bewegungsmessungen zu rekonstruieren oder zumindest zu analysieren.
  • Da einige erste und/oder zweite Zeitableitungen von Sensorsignalen Schwankungen bei hohen Abtastfrequenzen aufweisen, können Filter dazu verwendet werden, die bestimmten ersten und/zweiten Zeitableitungen der Sensorsignale zu glätten, und das Verfahren kann ein Analysieren der gefilterten ersten und/oder zweiten Zeitableitungen der Sensorsignale der oben erwähnten Sensoren oder Sensorinformationen umfassen.
  • Weiterhin kann Schritt S206 ein Analysieren (z. B. durch Datenverarbeitung) der Sensorinformationen umfassen, um die derzeitigen Kraftstoffeinspritzzyklus-Eigenschaften basierend auf den analysierten/verarbeiteten Sensorinformationen zu bestimmen oder zu rekonstruieren.
  • In Schritt S207 wird ein Vergleich zwischen den bestimmten (oder rekonstruierten) derzeitigen Kraftstoffeinspritzzyklus-Eigenschaften basierend auf der Ausgabe von Schritt S206 und den erwünschten Kraftstoffeinspritzzyklus-Eigenschaften vorgenommen und es wird bestimmt, ob die derzeitigen Kraftstoffeinspritzzyklus-Eigenschaften mit den in Schritt S202 bestimmten erwünschten Kraftstoffeinspritzzyklus-Eigenschaften übereinstimmen. Wenn die derzeitigen Kraftstoffeinspritzzyklus-Eigenschaften mit den erwünschten Kraftstoffeinspritzzyklus-Eigenschaften (zumindest auf einem vorbestimmten ausreichenden Niveau) übereinstimmen, wenn also Schritt S207 JA ausgibt, fährt das Verfahren mit dem nächsten Einspritzzyklus fort, um wiederum Schritt S204 für den nächsten Einspritzzyklus durchzuführen.
  • Wenn die derzeitigen Kraftstoffeinspritzzyklus-Eigenschaften jedoch nicht mit den erwünschten Kraftstoffeinspritzzyklus-Eigenschaften übereinstimmen, wenn Schritt S207 also NEIN ausgibt, fährt das Verfahren mit Schritt S208 eines Anpassens von mindestens einem Parameter des derzeitigen Zielphasenprofils basierend auf dem Vergleich der derzeitigen Kraftstoffeinspritzzyklus-Eigenschaften und der erwünschten Kraftstoffeinspritzzyklus-Eigenschaften, insbesondere basierend auf den bestimmten Differenzen zwischen den derzeitigen Kraftstoffeinspritzzyklus-Eigenschaften und den erwünschten Kraftstoffeinspritzzyklus-Eigenschaften, fort.
  • Zum Beispiel können vorteilhafterweise ein oder mehrere anpassbare Parameter des Zielphasenprofils die Zeitspannen (Dauern) von bestimmten Phasen und/oder die Zeitspannen (Dauern) von bestimmten Ansteuerungszuständen davon sein. Zum Beispiel können ein oder mehrere Zeitspannen (Dauern) von bestimmten Phasen und/oder Zeitspannen (Dauern) von gewissen Ansteuerungszuständen des Zielphasenprofils unabhängig voneinander geändert werden. Zudem können Zeitspannen (Dauern) von gewissen Phasen und/oder Zeitspannen (Dauern) von gewissen Ansteuerungszuständen des Zielphasenprofils zusammen um dieselben Faktoren geändert werden, beispielsweise dadurch, dass die Dauern aller oder einiger Zeitspannen (Dauern) von gewissen Phasen und/oder Zeitspannen (Dauern) von gewissen Ansteuerungszuständen des Zielphasenprofils um denselben Proportionalitätsfaktor geändert werden oder dergleichen. In seltenen Fällen kann alternativ oder zusätzlich das Anpassen des Zielphasenprofils ebenfalls ein Entfernen und/oder Hinzufügen einer oder mehrerer Phasen oder Ansteuerungszustände umfassen und kann ein Ändern einer Abfolge von Phasen und/oder Ansteuerungszuständen des Zielphasenprofils umfassen.
  • Auf das Anpassen von mindestens einem Parameter des derzeitigen Zielphasenprofils basierend auf dem Vergleich der derzeitigen Kraftstoffeinspritzzyklus-Eigenschaften und der erwünschten Kraftstoffeinspritzzyklus-Eigenschaften in Schritt S208 hin fährt das Verfahren mit dem nächsten Einspritzzyklus fort, um wiederum Schritt S204 basierend auf dem angepassten Zielphasenprofil für den nächsten Einspritzzyklus durchzuführen und so weiter.
  • Vierte beispielhafte Kraftstoffeinspritzer-Steuerverfahren-Ausführungsform
  • 21 ist eine beispielhafte Darstellung, die ein Ablaufdiagramm eines Steuerverfahrens für einen Kraftstoffeinspritzer gemäß einer vierten beispielhaften Ausführungsform des Kraftstoffeinspritzer-Steuerverfahrens zeigt.
  • Im Grunde können Schritte S201 bis S206 von 21 ähnlich wie die entsprechenden oben beschriebenen Schritte S201 bis S206 von 20 durchgeführt werden. Allerdings verwendet 21 anstelle des Anpassens des Zielphasenprofils gemäß Rückkopplungssteuerung von 20, bei der eine Rückkopplung der Sensorinformationen, die während eines bestimmten Einspritzzyklus erhalten werden, beispielhaft dazu verwendet wird, das Zielphasenprofil für den nächsten Einspritzzyklus anzupassen (Zyklus-zu-Zyklus-Rückkopplungssteuerung). Beispielhaft verwendet 21 eine Vorwärtskopplungssteuerung, in der durchschnittliche Sensorinformationen einer Anzahl M (M ≥ 2 oder mehr) von Einspritzzyklen dazu verwendet werden können, um das Zielphasenprofil für die nächsten M Einspritzzyklen anzupassen.
  • Beispielhaft umfasst das Verfahren einen Schritt S211 (z. B. nach Schritt S206), in dem geprüft wird, ob M Einspritzzyklen seit der letzten Vorwärtskopplungs-Anpassung durchgeführt worden sind, und dann, wenn Schritt S211 NEIN ausgibt, wiederholt das Verfahren beispielhaft Schritt S204 für den nächsten Einspritzzyklus ohne Anpassen des Zielphasenprofils.
  • Wenn allerdings Schritt S211 JA zurückgibt (d. h. dann, wenn M Einspritzzyklen seit einer letzten Vorwärtskopplungs-Anpassung durchgeführt worden sind), fährt das Verfahren mit Schritt S212 eines Bestimmens von durchschnittlichen Kraftstoffeinspritzzyklus-Eigenschaften basierend auf den Kraftstoffeinspritzzyklus-Eigenschaften, die für die letzten M Kraftstoffeinspritzzyklen bei den letzten M Malen des Ausführens von Schritt S206 bestimmt worden sind, nachdem M Einspritzzyklen seit einer letzten Vorwärtskopplungs-Anpassung basierend auf demselben Zielphasenprofil durchgeführt worden sind, fort.
  • In Schritt S213 (der Schritt S207 ähnlich ist, aber für die durchschnittlichen Kraftstoffeinspritzzyklus-Eigenschaften ausgelegt ist) wird ein Vergleich zwischen den durchschnittlichen Kraftstoffeinspritzzyklus-Eigenschaften, die auf der Ausgabe von Schritt S212 basieren, und den erwünschten Kraftstoffeinspritzzyklus-Eigenschaften durchgeführt und es wird bestimmt, ob die durchschnittlichen Kraftstoffeinspritzzyklus-Eigenschaften mit den erwünschten Kraftstoffeinspritzzyklus-Eigenschaften, die in Schritt S202 bestimmt worden sind, übereinstimmen. Wenn die durchschnittlichen Kraftstoffeinspritzzyklus-Eigenschaften mit den erwünschten Kraftstoffeinspritzzyklus-Eigenschaften (zumindest auf einem vorbestimmten ausreichenden Niveau) übereinstimmen, wenn also Schritt S213 JA ausgibt, fährt das Verfahren mit dem nächsten Einspritzzyklus fort, um wiederum Schritt S204 für den nächsten Einspritzzyklus durchzuführen.
  • Wenn allerdings die durchschnittlichen Kraftstoffeinspritzzyklus-Eigenschaften nicht mit den erwünschten Kraftstoffeinspritzzyklus-Eigenschaften übereinstimmen, wenn Schritt S213 also NEIN ausgibt, fährt das Verfahren mit Schritt S214 (ähnlich Schritt 208 oben) eines Anpassens von mindestens einem Parameter des derzeitigen Zielphasenprofils basierend auf dem Vergleich der durchschnittlichen Kraftstoffeinspritzzyklus-Eigenschaften und der erwünschten Kraftstoffeinspritzzyklus-Eigenschaften, insbesondere basierend auf den bestimmten Differenzen zwischen den durchschnittlichen Kraftstoffeinspritzzyklus-Eigenschaften und den erwünschten Kraftstoffeinspritzzyklus-Eigenschaften, fort.
  • Nach dem Anpassen mindestens eines Parameters des derzeitigen Zielphasenprofils basierend auf dem Vergleich der durchschnittlichen Kraftstoffeinspritzzyklus-Eigenschaften und der erwünschten Kraftstoffeinspritzzyklus-Eigenschaften in Schritt S214 fährt das Verfahren mit den nächsten M Einspritzzyklen fort, um wiederum Schritt S204 basierend auf dem angepassten Zielphasenprofil für die nächsten M Einspritzzyklen durchzuführen und so weiter.
  • Fünfte beispielhafte Kraftstoffeinspritzer-Steuerverfahren-Ausführungsform
  • 22 ist eine beispielhafte Darstellung, die ein beispielhaftes Ablaufdiagramm eines Verfahrens einer Ansteuerungszustandssteuerung basierend auf einem Zielphasenprofil während eines Einspritzzyklus in dem Steuerverfahren von 19A gemäß einer fünften beispielhaften Ausführungsform des Kraftstoffeinspritzer-Steuerverfahrens (oder in den Steuerverfahren von 20 oder 21 in noch weiteren beispielhaften Ausführungsformen) zeigt. Insbesondere kann gemäß beispielhaften Ausführungsformen das Verfahren von 22 ausgeführt werden, um den oben beschriebenen Schritt S194 in 19A durchzuführen.
  • 22 basiert beispielsweise auf einer Rückkopplungssteuerung mit geschlossener Schleife, in der Sensorinformationen beispielhaft in Echtzeit verarbeitet/analysiert werden und ein Zielphasenprofil oder mindestens ein oder mehrere Parameter davon basierend auf den Sensorinformationen in Echtzeit während des derzeitigen gesteuerten Einspritzzyklus angepasst oder adaptiert werden.
  • Schritt S221 ist im Grunde ähnlich zu dem oben in Verbindung mit 19B beschriebenen Schritt S1941 und bestimmt, zuerst für n = 1, einen derzeitigen Ansteuerungszustand basierend auf dem voreingestellten n-ten Ansteuerungszustand des derzeitigen Zielphasenprofils (wie es z. B. vorher in Schritt S193 ausgewählt wird).
  • In Schritt S222 umfasst das Verfahren ein Bestimmen eines zugeordneten Ansteuerungs-Schaltbedingungskriteriums für den bestimmten n-ten Ansteuerungszustand (oder die n-te Phase, wahlweise einschließlich der Möglichkeit einer PWM-Phase) basierend auf dem derzeitigen Zielphasenprofil. Ein solches Ansteuerungs-Schaltbedingungskriterium kann in dem Zielphasenprofil für den n-ten Ansteuerungszustand (z. B. zusätzlich zu oder alternativ zu einer Dauer oder n-ten Zeitspanne des n-ten Ansteuerungszustands oder zusätzlich zu einer maximalen Dauer oder einer maximalen n-ten Zeitspanne des n-ten Ansteuerungszustands) angegeben sein. Ein solches Ansteuerungs-Schaltbedingungskriterium kann ein oder mehrere Schaltkriterien umfassen, die angeben, dass der n-te Ansteuerungszustand oder die n-te Phase in den nächsten Ansteuerungszustand oder die nächste Phase geschaltet werden soll, wie beispielsweise ein oder mehrere Schwellen in einem oder mehreren Sensorsignalen und/oder erste oder zweite (wahlweise gefilterte) Zeitableitungen des/r Sensorsignals(e), z. B. unter den oben beschriebenen Sensorsignalen oder Sensorsignalinformationen.
  • In Schritt S223 schalten die Ansteuerschaltungsschalter (wie der oben erwähnte Verstärkerschalter, Batterieschalter und/oder Niederseiten-Schalter) der Ansteuerschaltung des jeweiligen Kraftstoffeinspritzers in den bestimmten derzeitigen Ansteuerungszustand (n-ten Ansteuerungszustand) und der jeweilige n-te Ansteuerungszustand wird gehalten.
  • In Schritt S224 werden die auf die derzeitigen Kraftstoffeinspritzzyklus-Eigenschaften hinweisenden Sensorinformationen bevorzugt in Echtzeit bestimmt (z. B. beobachtet), was wahlweise ein Beobachten (wahlweise gefiltert) erster und/oder zweiter Zeitableitungen des einen oder der mehreren Sensorsignale der bestimmten(beobachteten Sensorinformationen, einschließlich beispielsweise der oben erörterten Sensorsignale, umfasst.
  • In Schritt S225 wird überprüft (bevorzugt in Echtzeit), ob die beobachteten (und/oder verarbeiteten) Sensorinformationen mit dem einen oder den mehreren Schaltbedingungskriterien, die in dem derzeitigen Zielprofil für den n-ten Ansteuerungszustand angegeben sind, übereinstimmen (beispielsweise Fortfahren mit Schritt S224, wenn das eine oder die mehreren Schaltbedingungskriterien, die in dem derzeitigen Zielprofil für den n-ten Ansteuerungszustand angegeben sind, noch nicht erreicht sind und Schritt S225 NEIN ausgibt), und wenn der Schritt S225 JA ausgibt, wenn die beobachteten (und/oder verarbeiteten) Sensorinformationen mit dem einen oder den mehreren Schaltbedingungskriterien, die in dem derzeitigen Zielprofil für den n-ten Ansteuerungszustand angegeben sind, übereinstimmen, kann das Verfahren wahlweise in Schritt S226 prüfen, ob der n-te Ansteuerungszustand der letzte Ansteuerungszustand war (wie beispielsweise ein letzter Ansteuerungszustand mit schnellem Abfall), um zum Steuern des nächsten Einspritzzyklus überzugehen.
  • Ansonsten geht das Verfahren zu dem nächsten Ansteuerungszustand über (n -> n + 1), wenn die beobachteten (und/oder verarbeiteten) Sensorinformationen mit dem einen oder den mehreren Schaltbedingungskriterien, die in dem derzeitigen Zielprofil für den n-ten Ansteuerungszustand (der nicht der letzte Ansteuerungszustand des derzeitigen Zielphasenprofils ist) angegeben sind, übereinstimmen, und fährt mit den Schritten S221, S222 und S223 des Schaltens auf den (n+1)-ten Ansteuerungszustand fort und so weiter.
  • Abwandlungen
  • In der obigen Beschreibung wurden die Zeitspannen eines Phasenprofils in Verbindung mit und/oder basierend auf der gewünschten eingespritzten Kraftstoffmenge bestimmt oder vorbestimmt beschrieben. Fachleute würden jedoch leicht erkennen, dass die Lehren der vorliegenden Erfindung nicht darauf beschränkt sind, und die Zeitspannen können auch bequem in Verbindung mit einer gewünschten Bewegungsbahn des Ventilelements (Ventilbewegungsbahn oder Nadelbewegungsbahn), z. B. zwischen Öffnungs- und Schließbewegung des Ventilelements, bestimmt werden. Ferner können die Zeitspannen auf der Grundlage von Parametern bestimmt werden, die die Bewegungsbahn des Ventilelements angeben.
  • Diese Parameter können zum Beispiel sein: die in dem elektromagnetischen Aktor fließende Stromstärke oder eine Funktion davon, wie beispielsweise die erste Ableitung in Bezug auf die Zeit, die zweite Ableitung in Bezug auf die Zeit oder eine Ableitung der Ordnung n in Bezug auf die Zeit.
  • Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt und es können andere Parameter verwendet werden. Ein Beispiel für weitere geeignete Parameter ist beispielsweise ein Drucksignal, das einen Kraftstoffdruck stromaufwärts des Kraftstoffeinspritzers als Funktion der Zeit angeben kann. Für bestimmte Anwendungen kann es nützlich sein, die Zeitableitung (oder die Zeitableitung der Ordnung n) des Drucks zu untersuchen.
  • Es ist zu beachten, dass die Bewegungsbahn des Ventilelements eng mit der eingespritzten Kraftstoffmenge verknüpft ist. Insbesondere kann die tatsächlich eingespritzte Kraftstoffmenge als ungefähr proportional zu dem Integral der Ventilbewegungsbahn in Bezug auf die Zeit angesehen werden.
  • Ferner kann das Phasenprofil beispielsweise die Öffnungs-, Schließ- und Zwischenpositionen entlang der axialen Richtung des elektromagnetisch betätigten Ventils steuern, d. h. das Phasenprofil kann sich auf eine gewünschte Bewegungsbahn des Ventilelements beziehen.
  • Die Steuerung der tatsächlichen Bewegungsbahn des elektromagnetisch betätigten Ventils kann eine indirekte Steuerung sein und beispielsweise kann die tatsächliche Bewegungsbahn direkt auf der Basis einer gewünschten eingespritzten Kraftstoffmenge gesteuert werden oder alternativ kann die Steuerung der tatsächlichen Bewegungsbahn eine direkte Steuerung sein und beispielsweise wird die Bewegungsbahn auf der Grundlage einer gewünschten Bewegungsbahn gesteuert, die basierend auf der gewünschten eingespritzten Kraftstoffmenge bestimmt oder vorbestimmt werden kann.
  • Zugrundeliegender theoretischer Hintergrund und zugrundeliegende Überlegungen
  • 23 stellt beispielhaft eine typische elektrische Repräsentation eines elektromagnetischen Betätigungssystems eines elektromagnetischen Aktors eines Kraftstoffeinspritzers dar.
  • Wenn Streuflüsse (mit Indizes l, s in ) vernachlässigt werden, beschreibt der folgende Gleichungssatz das Zusammenwirken relevanter elektrischer, magnetischer und mechanischer Größen (wobei die magnetischen Größen stark nichtlinear sind, da ein typischer Betrieb wichtige Sättigungseffekte aufweist, wobei diese Abhängigkeiten hier aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht explizit erwähnt werden):
    Figure DE102017215017A1_0001
  • Die Formeln enthalten die folgenden Parameter: die elektrische Ansteuerspannung U und die Stromstärke I, den ohmschen Widerstand R, die Anzahl der Spulenwindungen n, die magnetomotorische Spannung oder Kraft Θ, den magnetischen Fluss Φ und seine Flussrate Φ' (die die Zeitableitung des magnetischen Flusses ist), die magnetische Reluktanz oder den magnetischen Widerstand und die Induktivität Rm, Lm, den Luftspaltabstand x und dessen Fläche A (des Luftspaltes zwischen Ankerelement und Kern) und die magnetische Konstante µo.
  • Basierend auf dem Vorstehenden kann nun die wirkende elektromagnetische Kraft F_mag, die in dem Luftspalt wirkt, durch die Maxwell-Zugkraftformel bestimmt werden: F m a g = Φ 2 2 ⋅ μ 0 ⋅ A
    Figure DE102017215017A1_0002
  • In einem stationären Fall, insbesondere mit Φ' = 0 und x = konst., kann bestimmt werden, dass diese Kraft proportional zum Quadrat der Ansteuerstromstärke ist, d. h. Fmag ~ I2, wobei der Proportionalitätsfaktor von den geometrischen Eigenschaften des Luftspalts (x und A) und der magnetischen Reluktanz der Schaltung Rm (diese ist variabel im Fall von Sättigungseffekten, was typischerweise der Fall ist) abhängt. Bei herkömmlichen Einspritzerbetätigungssystemen wird typischerweise eine solche stationäre Situation aufgrund von Ankerbewegung, induzierten Wirbelströmen und dem Sättigungseffekt erst nach einer Dauer von ~ 1 ms erreicht. Wenn die stationäre Situation erreicht ist, können Stromsteuerungskonzepte ausreichend genaue Ergebnisse liefern, d. h. für längere Einspritzungsaktivierungen und größere eingespritzte Kraftstoffmengen.
  • Bei kürzeren Einspritzungsaktivierungen und niedrigeren eingespritzten Kraftstoffmengen (z. B. im Halbhub-Betrieb, bei der Mehrfacheinspritzungspulssteuerung oder bei niedrigeren erwünschten Kraftstoffeinspritzmengen) skalieren jedoch die Dauern oder auch die transienten Öffnungs- und Schließphasen typischerweise nicht mit der Ansteuerstromstärke (d. h. Fmag≁I2), und zwar aufgrund der nicht verschwindenden magnetischen Flussrate der entwickelten magnetischen Kraft, und auch die Stromstärke ist nicht proportional zu der Ansteuerspannung (d. h. U≁I). Im Gegensatz zu der oben erwähnten stationären Situation wird dies als ein transienter Zustand des Kraftstoffeinspritzer-Betätigungssystems bezeichnet und eine Stromsteuerung kann nicht mehr genau durchgeführt werden.
  • Aus der Beobachtung, dass die in dem Luftspalt gespeicherte magnetische Energie gegeben ist durch W m a g = Φ 2 ⋅ x μ 0 ⋅ A
    Figure DE102017215017A1_0003
    und aus der weiteren Beobachtung, dass die wirkende Magnetkraft aus dieser obigen Gleichung durch das Prinzip der virtuellen Arbeit zu Fmag=δWmag/δx bestimmt werden kann, folgt aus dem Umformen der obersten Gleichung zu n·Φ'=U-R·I, dass die angelegte Ansteuerspannung U direkt die Änderung der einwirkenden Magnetkraft beeinflusst, indem sie auf die magnetische Flussrate Φ einwirkt.
  • Da die Ansteuerspannung U ebenfalls die resultierenden Ansteuerstromstärke I beeinflusst, ist die Quantifizierung in diesem Fall des transienten Zustands nicht so klar wie in dem stationären Fall. Daher ist typischerweise neben der Berücksichtigung der Sättigung der magnetischen Teile und der Öffnung des Luftspalts eine numerische Simulation erforderlich, um das transiente Verhalten auszuwerten.
  • Jedoch erlaubt es die Möglichkeit, unterschiedliche Ansteuerspannungspegel über definierte Zeitspannen (wie in den oben diskutierten beispielhaften Phasenprofilen) anzulegen, das transiente Verhalten der einwirkenden Magnetkraft genauer zu beeinflussen. Dies wurde als das Grundprinzip des Prinzips, das der vorliegenden Erfindung zugrunde liegt und von den Erfindern als eine Kraftdynamiksteuerungs-Betätigungsstrategie (FDC-Betätigungsstrategie) bezeichnet wird, ermittelt.
  • In frühen Stadien war die Verringerung von Schallemissionen in Bezug auf Einspritzereignisse (insbesondere im Leerlaufzustand, wenn der Einspritzvorgang sogar hörbar sein kann) eine anfängliche Aufgabe und ein erstes Anwendungsziel der FDC-Betätigungsstrategie. Daher wurden erste relevante Größen, die sich auf strukturelle Lärmquellen beziehen, von den Erfindern analysiert, und auf der Basis davon wurde entschieden, sich auf die Änderung der kinetischen Energie von beweglichen Teilen für die verschiedenen Aufprallereignisse in einem Einspritzzyklus zu konzentrieren.
  • Basierend auf den Überlegungen wurde eine Betätigungsstrategie mit dem Ziel, alle strukturellen Einflüsse so weit wie möglich zu reduzieren, allerdings mit der Einschränkung, die für den Kraftmaschinenbetrieb notwendige Einspritzmenge im Leerlauf zu erreichen, entwickelt. Ausgehend von der Entwicklung wurde eine neuartige Parametrisierung der Betätigungsstrategie basierend auf der Erkenntnis, dass die Dynamik der elektromagnetischen Kraft vorzugsweise auf eine geeignetere Weise gesteuert werden soll, gefunden. Es wurde herausgefunden, dass eine passende Abfolge der verschiedenen Ansteuerungszustände mit passenden Zeitdauern in einem Phasenprofil zu einer Modifikation der Nadelbewegungsbahn führt, die so gesteuert werden konnte, dass sie die vollständig geöffnete Position nicht erreicht und deutlich langsamere Schließgeschwindigkeiten zeigt, was zu entfallenen oder verringerten jeweiligen Auswirkungen (Verringerung von Lärm und Vibrationen) führt. Darüber hinaus wurde festgestellt, dass nicht nur Stöße während des Betriebs reduziert werden konnten, sondern dass sogar sehr niedrige Einspritzmengen mit eher einfachen Phasenprofilen aus einer geringen Anzahl stationärer Ansteuerungszustände anstelle von PWM-Steuerung gesteuert werden konnten. Basierend auf solchen Experimenten konnten Phasenprofile, wie sie in beispielhaften Ausführungsformen diskutiert, entwickelt werden.
  • Wie für die obigen beispielhaften Ausführungsformen erwähnt, ist es möglich, geeignete Phasenprofile (die z. B. eine Abfolge von mehreren Ansteuerungszustandsphasen und Zeitdauern davon angeben) vorzubestimmen, und solche Phasenprofile für unterschiedliche Betriebszustände und Betriebsarten können in einem Speicher der elektronischen Steuereinheit z. B. für unterschiedliche gewünschte Einspritzmengen gespeichert werden.
  • Die Erfinder haben jedoch ferner herausgefunden, dass Phasenprofile basierend auf Rückkopplungsinformationen angepasst werden können, die die Bewegungsbahneigenschaften der Ventilbewegungsbahn angeben, und es ist möglich, Bewegungsbahneigenschaften wie etwa die Gesamtform (z. B. basierend auf den gewünschten Einspritzmengen) genau zu steuern, und zwar beispielsweise basierend auf der Überwachung und Analyse von ersten und zweiten (potentiell gefilterten) Zeitableitungen einer abgetasteten Ansteuerstromstärke I, was als I-Selbsterfassung bezeichnet wird.
  • Einige Aspekte im Zusammenhang mit dem Betrieb mit geschlossener Schleife der eingeführten Betätigungsstrategie werden im Folgenden behandelt. Die Erfinder haben Möglichkeiten gefunden, Einflüsse von Betriebsbedingungen wie etwa Temperatur, Batteriespannung usw. oder einzelne Teiltoleranzen (wie Puls-zu-Puls-Variationen) zu kompensieren, was ein robustes Leistungsvermögen in einer anvisierten unstetigen Umgebung ermöglicht, wie sie in einem Automobil mit variierenden Betriebsbedingungen vorliegen kann. Ein kosteneffektiver Ansatz besteht darin, keine zusätzlichen Sensoren zu verwenden, sondern zu versuchen, die notwendigen Eingaben für die Rückkopplungsschleife aus einer angemessenen Verarbeitung der bereits verfügbaren Ansteuergrößen zu erhalten oder zu diagnostizieren.
  • Zunächst werden einige Informationen zu dem theoretischen Hintergrund der Selbsterfassung für Steueransätze mit geschlossener Schleife vorgestellt.
  • Basierend auf den obigen Gleichungen kann die Verbindung zwischen zugänglichen elektrischen Größen und Bewegungsgrößen des Ankers über das in dem Luftspalt wirkende Magnetfeld hergestellt werden.
  • Der letzte Term der zweiten Gleichung enthält bereits die Ankerposition x und seine erste Zeitableitung ermöglicht es, eine Gleichung, die die Ankergeschwindigkeit enthält, abzuleiten:
    Figure DE102017215017A1_0004
  • Zuerst wird, wenn alle Schaltungsschalter der Ansteuerschaltung geöffnet sind, (d. h. im Ansteuerungszustand mit schnellem Abfall), die Stromstärke schnell verschwinden und die folgende Vereinfachung ergibt sich für den beschreibenden Satz von Gleichungen:
    Figure DE102017215017A1_0005
  • In diesem Fall ist das Spannungssignal direkt mit der magnetischen Flussrate verknüpft und ermöglicht die Detektion der Nadelbewegung (Ventilbewegung) durch Spannungserfassung.
  • Das bekannte Verfahren der Variation von Konstanten liefert bei Einführen der Koeffizienten Tm = Lm/Rm und Karm = 1/µ0·A·Lm die folgende Lösung für den magnetischen Fluss Φ aus der 2. Gleichung: Φ ( t ) = Φ 0 ⋅ e − ( t T m + ∫ x d t K a r m )
    Figure DE102017215017A1_0006
  • Unter erneuter Vernachlässigung von Sättigungs- und Streueffekten wird deutlich, dass der magnetische Fluss in diesem Zustand der Ansteuerschaltung durch eine exponentielle Funktion geschätzt werden kann, die von der Zeit und eine Art zusätzlichem Störungsterm, der aus der Induktivität aufgrund der Ankerbewegung resultiert, abhängt. Daher ist es möglich, eine Ankerbewegung aus einer Analyse des zugänglichen Spannungssignals zu detektieren: Hauptsächlich ist der Schließzeitpunkt der Nadel von Interesse, der dem maximalen Geschwindigkeitswert und dem Sprung der Beschleunigung des Ankers aufgrund der Trennung von der Nadel entspricht.
  • Zweitens entspricht der Fall, der für eine FDC-basierte Betätigung relevant ist, einem Zustand von Schaltungsschaltern, die durch eine konstante angelegte Spannung gekennzeichnet sind (d. h. einem aktiven Ansteuerungszustand, einem Hochsetz-Ansteuerungszustand oder einem Halte-Ansteuerungszustand).
  • Hierbei kann das elektromagnetisch-mechanische Betätigungssystem des Kraftstoffeinspritzers durch die folgenden Gleichungen beschrieben werden:
    Figure DE102017215017A1_0007
    wobei die obere Gleichung wie folgt umgeformt werden kann:
    Figure DE102017215017A1_0008
  • Dann führt das Einsetzen dieser umgeordneten oberen Gleichung in die untere Gleichung zu einer etwas komplizierteren Differentialgleichung für den magnetischen Fluss, die einen konstanten Term C enthält:
    Figure DE102017215017A1_0009
  • Unter erneuter Verwendung des Verfahrens der Variation der Konstanten ist es z. B. möglich, eine analytische Lösung für den magnetischen Fluss als Funktion der angelegten Spannung V und der Ankerbewegung zu finden.
  • Durch Einsetzen in die obere Gleichung wird die Verbindung zu dem Stromstärkesignal I hergestellt, was die Detektion der Ankerbewegungsgrößen durch entsprechende Verarbeitung des Stromstärkesignals ermöglicht („I-Selbsterfassung“).
  • Ein zusätzlicher möglicher Vorteil besteht darin, dass während der gesamten Aktivierungszeit während des Einspritzzyklus eine Erfassung der Stromstärke möglich ist, was für FDC-basierte Betätigungsstrategien fast die gesamte Dauer umfassen kann, während der die Einspritzerventilnadel nicht aufsitzt ist oder der Anker in Bewegung ist.
  • Schließlich können beträchtlich höhere Signalstärkepegel verwendet werden. Zusammenfassend zeigt dies das Potenzial für genaue Diagnosen von Bewegungsgrößen, z. B. basierend auf einer Kombination aus Mustererkennung zusammen mit analytischen oder modellbasierten Ansätzen.
  • Die Erfinder haben herausgefunden, dass es durch Verwenden des erfassten Stromstärkesignals und seiner ersten und zweiten Zeitableitung möglich ist, den charakteristischen Einfluss von Bewegungsgrößen, insbesondere für Bewegungsereignisse, die starke Diskontinuitäten aufweisen, wie etwa Stöße, zu beobachten.
  • Es gilt noch einmal daran zu erinnern, dass einige intrinsische Eigenschaften des FDC-Betätigungsansatzes für die Bewegungserkennung im Vergleich zu der herkömmlichen Stromsteuerungsbetätigung vorteilhaft sind. Insbesondere könnten die Möglichkeit, den Strom während des Großteils der Zeit der Anker- und Nadelbewegung zu erfassen, ein besserer Signalpegel und damit eine höhere Qualität zusammen mit einer kontinuierlicheren Änderung der magnetischen Größen, die für den FDC-Betätigungsansatz erwünscht ist, ausgenutzt werden. Ferner ist es möglich, dass die FDC-Betätigungsparametrisierung definiert oder optimiert werden kann, um eine bestmögliche Nadelbewegungsdetektion zu ermöglichen, um die Größenmanagementgenauigkeit in einem Betrieb mit geschlossener Schleife zu verbessern.
  • Abschließend wird ein möglicher schematischer Aufbau für eine Einspritzerbetätigung mit geschlossener Schleife skizziert. Ein Schlüsselelement für die Genauigkeit ist die Fähigkeit der Bewegungserkennung, z. B. unter Verwendung der oben beschriebenen I-Selbsterfassung (zum Beispiel durch Analysieren und Verarbeiten des Stromstärkesignals und/oder der ersten und/oder zweiten Ableitung davon). Eine solche Rückkopplungsschleife ermöglicht vorteilhafterweise eine Kompensation von Betriebsbedingungen oder sogar Teiletoleranzen, ist jedoch auch vorteilhaft, um das vollständige Potential des eingeführten Betätigungsansatzes in Bezug auf Flexibilität und Genauigkeit auszunutzen und um fortschrittlichere und komplexere Verbrennungsbetriebsarten zu ermöglichen.
  • Da sich die meisten der erwähnten Einflüsse, wie z. B. relativ langsame Temperaturverschiebungen, wahrscheinlich nicht auf der Zeitskala der Einspritzzyklen ändern, ist es möglich, über eine relativ große Anzahl von Einspritzungen zu mitteln, und dies ist dazu geeignet, die Genauigkeit der Einspritzmenge zu erhöhen und die Rechenleistung zu reduzieren.
  • Zusätzlich werden einige Eigenschaften sogar konstant bleiben oder wiederholbar sein, wie z. B. Variationen zwischen bestimmten Einspritzventilen, die an einer Kraftmaschine montiert sind, oder ein Einfluss des Batteriespannungspegels, was vorteilhafterweise ein Einbeziehen einer geeigneten Vorwärtskopplungskompensation ermöglicht.
  • Etwas überraschend konnte durch den Ansatz beispielhafter Ausführungsformen die Präzision der kleinsten Einspritzmengen mit dem FDC-Betätigungsansatz beträchtlich verbessert werden. Dies ermöglicht ein Management der Einspritzmenge und auch Genauigkeit für eine Wiederholbarkeit, z. B. unter Verwendung der Selbsterfassung für den Betrieb mit geschlossener Schleife, und eine Gemischvorbereitung, z. B. durch Ratenformung (d. h. Steuern einer glatten Ventilbewegungsbahn, beispielsweise basierend auf einer gewünschten Zielbewegungsbahn) und Beeinflussen der Sprühaufteilung durch Steuern der Ventilbewegungsbahn.
  • Zusammenfassend sind die Hauptvorteile, insbesondere verglichen mit dem herkömmlichen Stromsteuerungsansatz, die erhöhte Flexibilität des Kraftstoffeinspritzer-Betriebs, was - da dies mit Standard-Ansteuerhardware (wie beispielsweise die Ansteuerschaltung von 5) realisiert werden kann - mit einer relativ kleinen Steigerung der Produktkosten einhergeht.
  • Terminologie der vorliegenden Beschreibung
  • So wie in dieser Beschreibung und den begleitenden Ansprüchen verwendet sollen die folgenden Begriffe die angegebenen Bedeutungen aufweisen, solange der Kontext nichts anderes verlangt:
  • Der Begriff „Einspritzzyklus“, wie er durch diese vorliegende Offenbarung hindurch verwendet wird, bezieht sich auf einen Einspritzzyklus der Steuerung eines einzelnen Kraftstoffeinspritzers. Der Einspritzzyklus kann einen oder mehrere Einspritzpulse während des bestimmten Einspritzzyklus aufweisen, die durch denselben Kraftstoffeinspritzer eingespritzt werden. Zwischen den Einspritzzyklen kann der elektromagnetische Aktor des Kraftstoffeinspritzers typischerweise komplett abgeregt sein.
  • Der Begriff „Einspritzpuls“, wie er durch diese vorliegende Offenbarung hindurch verwendet wird, bezieht sich auf eine Kraftstoffeinspritzer-Ventilbewegung, bei der sich das Ventil/Ventilelement erst öffnet, so dass eine Durchflussrate der Kraftstoffeinspritzung ansteigt, und sich dann wieder schließt, so dass eine Durchflussrate der Kraftstoffeinspritzung wieder absinkt und im Wesentlichen null wird, so dass zwischen den Einspritzpulsen im Wesentlichen kein Kraftstoff eingespritzt wird.
  • Der Begriff „Ventilbewegungsbahn“ (oder Nadelbewegungsbahn) wie er durch diese vorliegende Offenbarung hindurch verwendet wird, bezieht sich auf Kraftstoffeinspritz-Ventilbewegungs-Eigenschaften (Verschiebungseigenschaften), insbesondere im Grunde in Bezug auf eine Position des Ventilelements (oder eines Spitzenabschnitts davon) als Funktion der Zeit.
  • Der Begriff „Stromsteuerung“, wie er durch diese vorliegende Offenbarung hindurch verwendet wird, bezieht sich auf ein herkömmlicherweise bekanntes Konzept zum Steuern eines Kraftstoffeinspritzers basierend auf einer Rückkopplungssteuerung (z. B. Rückkopplung mit geschlossener Schleife), die auf einem erfassten Stromstärkewert des Stroms basiert, der durch den elektromagnetischen Aktor des Kraftstoffeinspritzers fließt, und typischerweise auf einem erwünschten Zielstromprofil oder einer Zielstromwellenform basiert. Die Stromsteuerung kann basierend auf einem oder mehreren erwünschten Zielstromwerten und einem Vergleich eines erfassten Stroms mit dem erwünschten Zielstromwert durchgeführt werden.
  • Der Begriff „Stromprofil“ (manchmal auch als „Stromwellenform“ bezeichnet), wie er durch diese vorliegende Offenbarung hindurch verwendet wird, bezieht sich auf Zielstromeigenschaften, die der obigen Stromsteuerung zum Steuern der Kraftstoffeinspritzung für einen bestimmten Einspritzzyklus zugrunde liegen. Typischerweise kann ein solches Stromprofil einen erwünschten Ziel-Spitzenstromwert umfassen, der einen Zielwert angibt, der während einer anfänglichen Hochsetzphase zum schnellen Erregen eines elektromagnetischen Aktors zu Beginn eines Einspritzzyklus erreicht werden soll, beispielsweise als ein Zielschwellenwert für eine Steuerung mit geschlossener Schleife des AUS-Schaltens eines Hochsetz-Ansteuerungszustands zu einem Zeitpunkt, zu dem erfasst wird, dass die Stromstärke, die durch den elektromagnetischen Aktor fließt, den Zielschwellenwert erreicht. Ebenso kann ein solches Stromprofil einen oder mehrere erwünschte Zielhaltestromwerte umfassen, die Zielwerte während eines Haltezustands angeben, wenn darauf abgezielt wird, die Stromstärke in dem elektromagnetischen Aktor durch die PWM-Steuerung auf dem jeweiligen Zielhaltestromwert zu halten.
  • Der Begriff „Ansteuerungszustand“, wie er durch diese vorliegende Offenbarung hindurch verwendet wird, bezieht sich auf eine stationäre Konfiguration eines, mehrerer oder sogar aller Schalter einer Ansteuerschaltung eines Kraftstoffeinspritzers, wobei für einen bestimmten Ansteuerungszustand jeder Schalter der Ansteuerschaltung einen zugeordneten Schalterzustand wie beispielsweise EIN oder AUS aufweist. Das heißt, wenn mindestens ein Schalter der Ansteuerschaltung beispielsweise von EIN auf AUS oder von AUS auf EIN geschaltet wird, es so verstanden wird, dass die Ansteuerschaltung als Ganze auf einen anderen Ansteuerungszustand geschaltet wird.
  • Der Begriff „Phase stationären Ansteuerungszustands“, wie er durch diese vorliegende Offenbarung hindurch verwendet wird, bezieht sich auf eine Phase, in der die Ansteuerschaltung im Gegensatz zum schnellen Schalten für die PWM-Steuerung auf einen Ansteuerungszustand geschaltet wird und für eine längere, bevorzugt vorbestimmte, Zeitspanne in dem Ansteuerungszustand gehalten wird. Typischerweise kann eine „Phase stationären Ansteuerungszustands“ ein Halten eines bestimmten Ansteuerungszustands für mindestens 0,01 ms, bevorzugt mindestens 0,02 ms oder länger, bevorzugt 0,05 ms oder länger, umfassen. Phasen können sogar länger als ungefähr 0,1 bis 0,5 ms oder sogar bis zu 1-ms lang sein. Es ist allerdings wichtig zu beachten, dass die Phasen bevorzugt nicht kürzer als 0,01 ms sind und solche Phasen typischerweise deutlich länger als die typische PWM-Schaltzeitspanne bei der PWM-Steuerung sind, die gemäß der vorliegenden Terminologie keinen stationären Ansteuerungszustand aufrechterhält. Eine solche PWM-Steuerung schaltet allerdings schnell zwischen mindestens zwei Ansteuerungszuständen. typischerweise bei PWM-Schaltzeitspannen von weniger als ungefähr 0,01 ms.
  • Der Begriff „aktiv gesteuert“ („aktive Spannungssteuerung“), wie er durch diese vorliegende Offenbarung hindurch verwendet wird, bezieht sich auf eine Steuerung durch einen Ansteuerungszustand (z. B. einen aktiven Ansteuerungszustand, haltenden Ansteuerungszustand oder Hochsetz-Ansteuerungszustand), bei dem ein bestimmter Spannungswert (z. B. Batteriespannungswert, Ansteuerspannungswert oder Hochsetzspannungswert) an den elektromagnetischen Aktor des Kraftstoffeinspritzers angelegt wird, um die Stromstärke, der durch den elektromagnetischen Aktor fließt, zu erhöhen oder mindestens aufrechtzuerhalten.
  • Der Begriff „passiv gesteuert“ („passive Spannungssteuerung“), wie er durch diese vorliegende Offenbarung hindurch verwendet wird, bezieht sich auf eine Steuerung durch einen Ansteuerungszustand (z. B. einen Ansteuerungszustand mit normalem Abfall oder einen Ansteuerungszustand mit schnellem Abfall, manchmal auch als Rücksetz-Ansteuerungszustand bezeichnet), in dem kein aktiver Spannungswert an den elektromagnetischen Aktor des Kraftstoffeinspritzers angelegt wird, um die Stromstärke, die durch den elektromagnetischen Aktor fließt, zu verringern oder sogar abzuschalten.
  • Der Begriff „Spannungsprofil“, wie er durch diese vorliegende Offenbarung hindurch verwendet wird, bezieht sich auf ein Zielspannungsprofil für einen bestimmten Einspritzzyklus, der nur eine vorbestimmte Abfolge von Phasen von stationären Ansteuerungszuständen („Phasen stationären Ansteuerungszustands“) umfasst, d. h. Phasen, in denen Ansteuerungszustände einer Ansteuerschaltung konstant gehalten werden, zur Spannungssteuerung gemäß den beispielhaften Ausführungsformen.
  • Der Begriff „Phasenprofil“ wie er durch diese vorliegende Offenbarung hindurch verwendet wird, bezieht sich auf eine Abfolge von Steuerungsphasen zum Steuern eines bestimmten Einspritzzyklus, z. B. eine vorbestimmte Abfolge von Steuerphasen. Vorzugsweise, aber nicht notwendigerweise, kann jede Phase eines Phasenprofils einem jeweiligen stationären Ansteuerungszustand zugeordnet sein („Phase stationären Ansteuerungszustands“). Ebenso kann jede Phase entweder einem stationären Ansteuerungszustand („Phase stationären Ansteuerungszustands“) zugeordnet sein oder eine PWM-Schaltphase sein. Vorzugsweise umfasst ein Phasenprofil ein oder mehrere (sogar bevorzugt mehr als zwei) Phasen, die jeweiligen stationären Ansteuerungszuständen zugeordnet sind. Insbesondere umfasst in jedem Fall ein Phasenprofil bevorzugt eine oder mehrere Phasen, die den Ansteuerungszuständen zugeordnet sind, die einer „aktiv gesteuerten“ Phase entsprechen (z. B. eine oder mehrere Phasen, die beispielsweise einem Hochsetz-Ansteuerungszustand, einem aktiven Ansteuerungszustand und/oder einem Halte-Ansteuerungszustand zugeordnet sind).
  • Verschiedenes
  • Wie Fachleute verstehen werden, kann die vorliegende Erfindung wie sie hierin oben und in den begleitenden Figuren beschrieben ist, als ein Verfahren (z. B. ein computerimplementierter Prozess oder irgendein anderer Prozess), eine Steuereinrichtung (die eine Vorrichtung, eine Maschine, ein System, ein Computerprogrammprodukt und/oder jede anderen Einrichtung umfasst) oder eine Kombination des Vorstehenden ausgeführt sein.
  • Dementsprechend können Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung die Form einer reinen Hardwareausführungsform, einer reinen Softwareausführungsform (einschließlich Firmware, residenter Software, Mikrocode etc.) oder einer Ausführungsform, die Software- und Hardwareaspekte kombiniert, die im Allgemeinen hierin als „System“ bezeichnet werden, annehmen. Ferner können Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung die Form eines Computerprogrammprodukts auf einem computerlesbaren Medium mit einem computerausführbaren Programmcode, der in dem Medium verkörpert ist, annehmen.
  • Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind vorstehend unter Bezugnahme auf Ablaufdiagramm-Darstellungen und/oder Blockdiagramme von Verfahren und Vorrichtungen beschrieben. Es gilt zu verstehen, dass jeder Block des Ablaufdiagramms und/oder Blockdiagramms und/oder von Kombinationen der Blöcke in den Ablaufdiagrammen und/oder Blockdiagrammen durch einen computerlesbaren Programmcode implementiert werden können.
  • Der computerausführbare Programmcode kann für einen Prozessor eines Allzweck-Computers, eines Spezial-Computers oder anderer Vorrichtungen zum Verarbeiten programmierbarer Daten wie beispielsweise einen Controller bereitgestellt werden, um eine bestimmte Maschine herzustellen, so dass der Programmcode, der über den Prozessor des Computers oder eine andere Vorrichtung zum Verarbeiten von programmierbaren Daten ausgeführt wird, erzeugt wird, sind Mittel zum Implementieren der Funktionen/Operationen/Ausgaben, die in dem Block oder den Blöcken des Ablaufdiagramms, Blockdiagramms, Figuren und/oder der geschriebenen Beschreibung spezifiziert sind, erzeugt. Diese computerausführbaren Programmcodes können auch in einem computerlesbaren Speicher gespeichert werden, der einen Computer oder eine andere Vorrichtung zum Verarbeiten programmierbarer Daten so steuern kann, dass sie in einer bestimmten Weise funktioniert, so dass der Programmcode, der in dem computerlesbaren Speicher gespeichert ist, einen Herstellungsgegenstand erzeugt, der Befehlsmittel enthält, die die Funktion/Aktion/Ausgabe implementieren, die in dem Ablaufdiagrammblock, dem Blockdiagrammblock, den Figuren und/oder der schriftlichen Beschreibung spezifiziert sind. Der computerausführbare Programmcode kann auch auf einen Computer oder eine andere programmierbare Datenverarbeitungsvorrichtung geladen werden, um eine Reihe von Arbeitsschritten auf dem Computer oder einer anderen programmierbaren Vorrichtung auszuführen, um einen computerimplementierten Prozess derart zu erzeugen, dass der Programmcode, der auf dem Computer oder einer anderen programmierbaren Vorrichtung ausgeführt wird, Schritte zum Implementieren der in dem Ablaufdiagramm, Blockdiagrammblöcken, den Figuren und/oder der schriftlichen Beschreibung spezifizierten Funktionen/Aktionen/ Ausgaben liefert. Alternativ können durch das Computerprogramm implementierte Schritte oder Aktionen mit von der Bedienperson oder dem Menschen implementierten Schritten oder Aktionen kombiniert werden, um eine Ausführungsform der Erfindung auszuführen.
  • Es sollte zudem beachtet werden, dass logische Abläufe hierin beschrieben werden, um verschiedene Aspekte der Erfindung zu zeigen, und sie nicht dazu verwendet werden sollten, um die vorliegende Erfindung auf einen bestimmten logischen Ablauf oder eine Logikumsetzung zu beschränken. Die beschriebene Logik kann in verschiedene logische Blöcke (z. B. Programme, Module, Funktionen oder Subroutinen) aufgeteilt werden, ohne das Gesamtergebnis zu verändern oder anderweitig von dem wahren Geltungsbereich der Erfindung abzuweichen. Oft können logische Elemente hinzugefügt, abgewandelt, weggelassen, in unterschiedlicher Reihenfolge durchgeführt oder unter Verwendung unterschiedlicher Logikkonstrukte (z. B. Logikgatter, Schleifengrundelemente, Aussagelogik und anderer Logikkonstrukte) implementiert werden, ohne das Gesamtergebnis zu verändern oder anderweitig von dem wahren Geltungsbereich der Erfindung abzuweichen.
  • Obwohl bestimmte beispielhafte Ausführungsformen in den begleitenden Zeichnungen beschrieben und gezeigt werden, sollte verstanden werden, dass solche Ausführungsformen nur beispielhaft und nicht begrenzend für die breite Erfindung sind und dass die Ausführungsformen der Erfindung nicht auf spezifische gezeigte und beschriebene Konstruktionen und Anordnungen begrenzt sind, da verschiedene andere Änderungen, Kombinationen, Weglassungen, Abwandlungen und Ersetzungen zusätzlich zu denen, die in den obigen Absätzen dargestellt sind, möglich sind. Für Fachleute versteht es sich, dass verschiedene Anpassungen, Abwandlungen und/oder Kombinationen der eben beschriebenen Ausführungsformen gebildet werden können, ohne von dem Geltungsbereich und dem Gedanken der Erfindung abzuweichen. Daher sollte verstanden werden, dass die Erfindung innerhalb des Geltungsbereichs der beigefügten Ansprüche anders als speziell hierin beschrieben ausgeführt werden kann. Zum Beispiel können, wenn es nicht ausdrücklich anders angegeben ist, die Schritte der hierin beschriebenen Prozesse in Reihenfolgen, die sich von den hierin beschriebenen unterscheiden, ausgeführt werden und einer oder mehrere Schritte können kombiniert, aufgeteilt oder gleichzeitig durchgeführt werden. Fachleute werden ebenso im Hinblick auf diese Offenbarung verstehen, dass unterschiedliche Ausführungsformen der hierin beschriebenen Erfindung kombiniert werden können, um andere Ausführungsformen der Erfindung auszubilden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • EP 2514956 A1 [0010, 0063]
    • DE 102007024397 A1 [0010, 0063]
    • EP 3150831 A1 [0010, 0063]
    • US 2016177855 A1 [0010, 0063]

Claims (32)

  1. Verfahren zum Betreiben eines elektromagnetisch betätigten Ventils eines Kraftstoffeinspritzers, wobei das elektromagnetische Ventil ein Ventilelement, das zwischen einer geschlossenen Position und einer offenen Position bewegbar ist, und einen elektromagnetischen Aktor, der dazu ausgelegt ist, eine Bewegung des Ventilelements zu betätigen, enthält, wobei das Verfahren umfasst: - Anlegen eines ersten Spannungswerts während einer ersten Zeitspanne und Ausschalten des ersten Spannungswerts nach der ersten Zeitspanne, und - Anlegen eines zweiten Spannungswerts, der kleiner als der erste Spannungswert ist, während einer zweiten Zeitspanne und Ausschalten des zweiten Spannungswerts nach der zweiten Zeitspanne, wobei die Dauer der ersten Zeitspanne und die Dauer der zweiten Zeitspanne gemäß einer gewünschten eingespritzten Kraftstoffmenge bestimmt werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Dauer der ersten Zeitspanne und die Dauer der zweiten Zeitspanne bestimmt werden, um die Kraftdynamik einer elektromagnetischen Kraft, die an dem elektromagnetischen Aktor induziert wird, in einem Übergangszustand gemäß der gewünschten eingespritzten Kraftstoffmenge zu beeinflussen, und zwar insbesondere dann, wenn die gewünschte Einspritzmenge kleiner oder gleich 7 mg eingespritzter Kraftstoff pro Einspritzpuls ist und/oder wenn ein Einspritzpuls, der basierend auf der gewünschten Einspritzmenge bestimmt wird, eine Pulsbreite von kleiner oder gleich 0,5 ms aufweist.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Spannungswert während der ersten Zeitspanne konstant angelegt wird und/oder der zweite Spannungswert während der zweiten Zeitspanne konstant angelegt wird; oder der erste Spannungswert während der ersten Zeitspanne konstant angelegt wird, so dass eine Stromstärke in dem elektromagnetischen Aktor während der ersten Zeitspanne ansteigt, insbesondere monoton ansteigt, und/oder der zweite Spannungswert während der zweiten Zeitspanne konstant angelegt wird, so dass die Stromstärke in dem elektromagnetischen Aktor während der zweiten Zeitspanne ansteigt, insbesondere monoton ansteigt.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verfahren ferner umfasst: Bestimmen eines Phasenprofils auf der Basis der gewünschten eingespritzten Kraftstoffmenge, wobei das Phasenprofil mehrere aufeinanderfolgende Steuerphasen, insbesondere Spannungssteuerphasen, zum Steuern der Spannung, die zum Öffnen und Schließen des elektromagnetisch betätigten Ventils an den elektromagnetischen Aktor angelegt wird, angibt.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Phasenprofil ein Zielspannungsprofil enthält; wobei das Zielspannungsprofil mehrere aktiv spannungsgesteuerte Zeitspannen umfasst, wobei jede aktiv spannungsgesteuerte Zeitspanne einer jeweiligen Phase eines konstanten Anlegens eines jeweiligen Zielspannungswerts an den elektromagnetischen Aktor während der jeweiligen aktiv spannungsgesteuerten Zeitspanne entspricht; und/oder das Zielspannungsprofil ferner eine oder mehrere passiv spannungsgesteuerte Zeitspannen umfasst, wobei jede passiv spannungsgesteuerte Zeitspanne einer jeweiligen Phase des Phasenprofils entspricht, während der es ermöglicht wird, dass ein Magnetfeld des elektromagnetischen Aktors kollabiert, und eine induzierte Spannung des elektromagnetischen Aktors während der jeweiligen passiv spannungsgesteuerten Zeitspanne abnimmt, insbesondere exponentiell abnimmt.
  6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, wobei das Phasenprofil mindestens eine erste Phase, während der der erste Spannungswert für die erste Zeitspanne konstant an den elektromagnetischen Aktor angelegt wird, und eine zweite Phase, während der der zweite Spannungswert für die zweite Zeitspanne konstant an den elektromagnetische Aktor angelegt wird, enthält.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei das Phasenprofil eine Hochsetzphase, die der ersten Zeitspanne des Anlegens des ersten Spannungswerts entspricht, und eine erste Spannungshaltephase, die der zweiten Zeitspanne des Anlegens des zweiten Spannungswerts entspricht, umfasst, wobei insbesondere die zweite Zeitspanne hinter der ersten Zeitspanne liegt und wobei insbesondere der erste und der zweite Spannungswert dasselbe Vorzeichen haben und der Absolutwert des ersten Spannungswerts größer oder gleich dem Absolutwert des zweiten Spannungswerts ist.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Bestimmen des Phasenprofils ein Bestimmen einer Dauer der ersten Zeitspanne und/oder ein Bestimmen einer Dauer der zweiten Zeitspanne umfasst.
  9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei die erste und/oder die zweite Zeitspanne des Phasenprofils so bestimmt werden, dass eine Endzeit der zweiten Zeitspanne basierend auf einer gewünschten oberen Position einer Zielbewegungsbahn des Ventilelements zwischen einer Öffnungs- und Schließbewegung des Ventilelements und/oder basierend auf einer gewünschten Zeitvorgabe, zu der das Ventilelement die obere Position der Zielbewegungsbahn des Ventilelements zwischen der Öffnungs- und Schließbewegung des Ventilelements erreicht, bestimmt wird.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei die erste und/oder die zweite Zeitspanne des Phasenprofils so bestimmt werden, dass eine Endzeit der zweiten Zeitspanne zu einem Zeitpunkt ist, zu dem das Ventilelement eine Position aufweist, die niedriger als die gewünschte obere Position der Zielbewegungsbahn des Ventilelements während der Öffnungsbewegung des Ventilelements ist, und/oder so bestimmt werden, dass die Endzeit der zweiten Zeitspanne während der Öffnungsbewegung des Ventilelements und vor, insbesondere kurz vor, einer gewünschten Zeitvorgabe, zu der des Ventilelement die obere Position der Zielbewegungsbahn des Ventilelements zwischen der Öffnungs- und Schließbewegung des Ventilelements erreicht, ist.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 10, wobei das Phasenprofil nach der zweiten Zeitspanne und während einer dritten Zeitspanne eine erste Phase mit schnellem Abfall enthält, während der eine induzierte Spannung mit entgegengesetztem Vorzeichen im Vergleich zu dem Vorzeichen des ersten und des zweiten Spannungswerts abnimmt, insbesondere exponentiell abnimmt, indem das Magnetfeld des elektromagnetischen Aktors kollabieren gelassen wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Bestimmen des Phasenprofils ein Bestimmen einer Dauer der dritten Zeitspanne, insbesondere gemäß der gewünschten eingespritzten Kraftstoffmenge, umfasst.
  13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, wobei die erste, zweite und/oder dritte Zeitspanne des Phasenprofils so bestimmt werden, dass eine Startzeit der dritten Zeitspanne und/oder eine Endzeit der zweiten Zeitspanne basierend auf einer gewünschten oberen Position einer Zielbewegungsbahn des Ventilelements zwischen einer Öffnungs- und einer Schließbewegung des Ventilelements und/oder basierend auf einer gewünschten Zeitvorgabe, zu der das Ventilelement die obere Position der Zielbewegungsbahn des Ventilelements zwischen der Öffnungs- und Schließbewegung des Ventilelements erreicht, und/oder die erste, zweite und/oder dritte Zeitspanne des Phasenprofils so bestimmt werden, dass die Startzeit der dritten Zeitspanne und/oder die Endzeit der zweiten Zeitspanne zu einem Zeitpunkt ist, zu dem das Ventilelement eine Position aufweist, die niedriger als die gewünschte obere Position der Zielbewegungsbahn des Ventilelements während der Öffnungsbewegung des Ventilelements ist, und/oder so bestimmt werden, dass die Startzeit der dritten Zeitspanne und/oder die Endzeit der zweiten Zeitspanne während der Öffnungsbewegung des Ventilelements und vor, insbesondere kurz vor, einer gewünschten Zeitvorgabe, zu der das Ventilelement die obere Position der Zielbewegungsbahn des Ventilelements zwischen der Öffnungs- und Schließbewegung des Ventilelements erreicht, ist.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei das Phasenprofil eine zweite Spannungshaltephase eines konstanten Anlegens eines vierten Spannungswerts während einer vierten Zeitspanne nach der dritten Zeitspanne umfasst; wobei der vierte Spannungswert gleich dem zweiten Spannungswert ist, der zweite und der vierte Spannungswert dasselbe Vorzeichen haben und/oder der erste und der vierte Spannungswert dasselbe Vorzeichen haben, und der Absolutwert des ersten Spannungswerts höher als der Absolutwert des vierten Spannungswerts ist.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei das Bestimmen des Phasenprofils ein Bestimmen einer Dauer der vierten Zeitspanne, insbesondere gemäß der gewünschten eingespritzten Kraftstoffmenge, umfasst.
  16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, wobei die erste, zweite, dritte und/oder vierte Zeitspanne des Phasenprofils so bestimmt werden, dass eine Startzeit der vierten Zeitspanne und/oder eine Endzeit der dritten Zeitspanne basierend auf einer gewünschten oberen Position einer Zielbewegungsbahn des Ventilelements zwischen einer Öffnungs- und einer Schließbewegung des Ventilelements basierend auf einer gewünschten Zeitvorgabe, zu der das Ventilelement die obere Position der Zielbewegungsbahn des Ventilelements zwischen der Öffnungs- und Schließbewegung des Ventilelements erreicht, bestimmt werden und/oder basierend auf einer gewünschten Schließsteigung der Zielbewegungsbahn des Ventilelements bei der Schließbewegung des Ventilelements bestimmt werden; und/oder die erste, zweite, dritte und/oder vierte Zeitspanne des Phasenprofils so bestimmt werden, dass die Startzeit der vierten Zeitspanne und/oder die Endzeit der dritten Zeitspanne zu einem Zeitpunkt sind, zu dem das Ventilelement während der Schließbewegung des Ventilelements eine niedrigere Position als die gewünschte obere Position der Zielbewegungsbahn des Ventilelements aufweist, und/oder so bestimmt werden, dass die Startzeit der vierten Zeitspanne und/oder die Endzeit der dritten Zeitspanne nach, insbesondere kurz nach, der gewünschten Zeitvorgabe sind, zu der das Ventilelement die obere Position der Zielbewegungsbahn des Ventilelements zwischen der Öffnungs- und Schließbewegung des Ventilelements erreicht.
  17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, wobei die erste, zweite, dritte und/oder vierte Zeitspanne des Phasenprofils so bestimmt werden, dass eine Endzeit der vierten Zeitspanne basierend auf einer gewünschten Schließsteigung einer Zielbewegungsbahn des Ventilelements in der Schließbewegung des Ventilelements und/oder basierend auf einer gewünschten oder tatsächlichen Zeitvorgabe, zu der das Ventilelement die Schließposition an dem Ende der Zielbewegungsbahn des Ventilelements erreicht, bestimmt werden; und/oder die erste, zweite, dritte und/oder vierte Zeitspanne des Phasenprofils so bestimmt werden, dass die Endzeit der vierten Zeitspanne im Wesentlichen zu einer gewünschten oder tatsächlichen Zeitvorgabe ist, zu der das Ventilelement die Schließposition an dem Ende der Zielbewegungsbahn des Ventilelements erreicht.
  18. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17, wobei das Phasenprofil nach der vierten Zeitspanne eine zweite Phase mit schnellem Abfall umfasst, während der eine induzierte Spannung mit entgegengesetztem Vorzeichen im Vergleich zu dem Vorzeichen des ersten und zweiten Spannungswerts abnimmt, insbesondere exponentiell abnimmt, indem das Magnetfeld des elektromagnetischen Aktors kollabieren gelassen wird.
  19. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 18, wobei das Phasenprofil eine Phase mit normalem Abfall enthält, in der während einer fünften Zeitspanne zwischen der ersten und der zweiten Zeitspanne konstant ein fünfter Spannungswert gehalten wird, wobei der fünfte Spannungswert kleiner als der erste und der zweite Spannungswert ist und der fünfte Spannungswert insbesondere kleiner oder gleich null ist.
  20. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 19, wobei das Bestimmen des Phasenprofils umfasst: - Bestimmen einer oder mehrerer Zielbewegungsbahnen des Ventilelements jeweils zwischen einer Öffnungs- und Schließbewegung des Ventilelements für einen Einspritzzyklus, - Bestimmen einer oder mehrerer tatsächlicher Bewegungsbahnen des Ventilelements jeweils zwischen der Öffnungs- und Schließbewegung des Ventilelements während des aktuellen und/oder eines oder mehrerer vorangegangener Einspritzzyklen und/oder Modifizieren des Phasenprofils basierend auf einem Vergleich der bestimmten einen oder mehreren Zielbewegungsbahnen des Ventilelements mit der einen oder den mehreren bestimmten tatsächlichen Bewegungsbahnen des Ventilelements.
  21. Verfahren nach Anspruch 20, wobei die eine oder die mehreren Zielbewegungsbahnen des Ventilelements auf der Basis von Eigenschaften, die eine gewünschte Form der einen oder der mehreren Zielbewegungsbahnen des Ventilelements angeben, und/oder basierend auf der gewünschten eingespritzten Kraftstoffmenge, die entweder die gewünschte Einspritzmenge pro Einspritzzyklus oder die gewünschte Einspritzmenge pro Bewegungsbahn ist, bestimmt werden.
  22. Verfahren nach Anspruch 20 oder 21, wobei die eine oder die mehreren tatsächlichen Bewegungsbahnen des Ventilelements basierend auf einer Verarbeitung mindestens eines der folgenden Signale bestimmt werden: - eines Stromstärkesignals, das eine Stromstärke in dem elektromagnetischen Aktor als Funktion der Zeit angibt, - eines Drucksignals, das einen Kraftstoffdruck stromaufwärts eines Kraftstoffeinspritzers als Funktion der Zeit angibt, und - eines Positionssignals, das eine Position des Ventilelements als Funktion der Zeit angibt.
  23. Verfahren nach Anspruch 22, wobei das Verarbeiten des Stromstärkesignals, das eine Stromstärke in dem elektromagnetischen Aktor angibt, mindestens eine der folgenden Operationen umfasst: - Verarbeiten des Stromstärkesignals, um eine erste Zeitableitung der Stromstärke in dem elektromagnetischen Aktor als Funktion der Zeit zu erhalten, und - Verarbeiten des Stromstärkesignals, um eine zweite Zeitableitung der Stromstärke in dem elektromagnetischen Aktor als Funktion der Zeit zu erhalten.
  24. Verfahren nach Anspruch 23, wobei die eine oder die mehreren tatsächlichen Bewegungsbahnen des Ventilelements bestimmt werden, indem basierend auf der erhaltenen ersten und/oder zweiten Zeitableitung der Stromstärke in dem elektromagnetischen Aktor mindestens einer der folgenden Parameter bestimmt wird: - eine Öffnungszeitvorgabe des Starts der Öffnungsbewegung des Ventilelements, - eine Öffnungssteigung der Öffnungsbewegung des Ventilelements, - ein Zeitpunkt eines Erreichens der oberen Position zwischen der Öffnungs- und Schließbewegung des Ventilelements, - eine Schließsteigung der Schließbewegung des Ventilelements und - eine Schließzeitvorgabe des Endes der Schließzeit des Ventilelements.
  25. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 24, wobei dann, wenn die gewünschte eingespritzte Kraftstoffmenge unter einer vorbestimmten Schwelle liegt und die Einspritzung der gewünschten eingespritzten Kraftstoffmenge unterhalb des vorbestimmten Schwelle als Zielbewegungsbahn, die basierend auf der gewünschten eingespritzten Kraftstoffmenge bestimmt wird, eine Halbhub-Bewegungsbahn des Ventilelements erfordert, gemäß der sich das Ventilelement zu einer gewünschten Öffnungszeitvorgabe öffnet, die obere Position der Bewegungsbahn an einer Position, die niedriger als eine vollständig geöffnete Position des Ventilelements ist, zu einer gewünschten Zeitvorgabe für die obere Position erreicht und sich zu einer gewünschten Schließzeitvorgabe schließt, das Phasenprofil so bestimmt wird, dass es umfasst: - eine erste Spannungshaltephase zum konstanten Halten des ersten Spannungswerts für die erste Zeitspanne zum Anlegen einer Hochsetzspannung, - eine erste Spannungshaltephase zum konstanten Halten des zweiten Spannungswerts für eine zweite Zeitspanne nach der ersten Zeitspanne zum Steuern einer Öffnungsbewegung des Ventilelements, - eine erste Phase mit schnellem Abfall nach der zweiten Zeitspanne und während einer dritten Zeitspanne, während der eine induzierte Spannung mit entgegengesetztem Vorzeichen im Vergleich zu dem Vorzeichen des ersten und zweiten Spannungswerts abnimmt, insbesondere exponentiell abnimmt, indem das Magnetfeld des elektromagnetischen Aktors kollabieren gelassen wird, um eine Änderung der Bewegungsrichtung des Ventilelements von der Öffnungsbewegungsrichtung in die Schließbewegungsrichtung zu betätigen, - eine zweite Spannungshaltephase zum konstanten Halten eines vierten Spannungswerts für eine vierte Zeitspanne nach der dritten Zeitspanne zum Steuern einer Schließbewegung des Ventilelements und - eine zweite Phase mit schnellem Abfall nach der vierten Zeitspanne, während der eine induzierte Spannung mit entgegengesetztem Vorzeichen im Vergleich zu dem Vorzeichen des ersten und zweiten Spannungswerts abnimmt, insbesondere exponentiell abnimmt, indem das Magnetfeld des elektromagnetischen Aktors kollabieren gelassen wird; wobei die gewünschte Öffnungszeitvorgabe der Halbhub-Bewegungsbahn während der ersten Zeitspanne ist, wobei eine Startzeit der dritten Zeitspanne, insbesondere eine Startzeit des Anlegens des dritten Spannungswerts, vor, insbesondere kurz vor, dem Erreichen der oberen Position der Zielbewegungsbahn durch das Ventilelement und/oder vor, insbesondere kurz vor, der gewünschten Zeitvorgabe für die obere Position ist und wobei eine Startzeit der zweiten Phase mit schnellem Abfall im Wesentlichen zu der gewünschten Schließzeitvorgabe ist; oder dann, wenn die gewünschte eingespritzte Kraftstoffmenge über einer vorbestimmten Schwelle liegt und eine Einspritzung der gewünschten eingespritzten Kraftstoffmenge oberhalb der vorbestimmten Schwelle als Zielbewegungsbahn, die basierend auf der gewünschten eingespritzten Kraftstoffmenge bestimmt wird, eine Vollhub-Bewegungsbahn des Ventilelements erfordert, gemäß der sich das Ventilelement zu einer gewünschten Öffnungszeitpunktvorgabe öffnet, die vollständig geöffnete Position der Bewegungsbahn erreicht, die vollständig geöffnete Position für eine gewünschte vollständig geöffnete Zeitspanne beibehält und sich zu einer gewünschten Schließzeitvorgabe schließt, das Phasenprofil so bestimmt wird, dass es umfasst: - eine erste Spannungshaltephase zum konstanten Halten des ersten Spannungswerts für die erste Zeitspanne zum Anlegen einer Hochsetzspannung, - eine erste Spannungshaltephase zum konstanten Halten des zweiten Spannungswerts für die zweite Zeitspanne nach der ersten Zeitspanne zum Steuern einer Öffnungsbewegung des Ventilelements in Richtung der vollständig geöffneten Position und zum Halten des Ventilelements in der vollständig geöffneten Position für die gewünschte vollständig geöffnete Zeitspanne, - eine erste Phase mit schnellem Abfall nach der zweiten Zeitspanne und während einer dritten Zeitspanne, während der eine induzierte Spannung mit entgegengesetztem Vorzeichen im Vergleich zu dem Vorzeichen des ersten und zweiten Spannungswerts abnimmt, insbesondere exponentiell abnimmt, indem das Magnetfeld des elektromagnetischen Aktors kollabieren gelassen wird, um eine Schließbewegung des Ventilelements von der vollständig geöffneten Position in die geschlossene Position zu betätigen, - eine zweite Spannungshaltephase eines konstanten Haltens eines vierten Spannungswerts für eine vierte Zeitspanne nach der dritten Zeitspanne zum Steuern einer Schließbewegung des Ventilelements und - eine zweite Phase mit schnellem Abfall nach der vierten Zeitspanne, während der eine induzierte Spannung mit entgegengesetztem Vorzeichen im Vergleich zu dem Vorzeichen des ersten und zweiten Spannungswerts abnimmt, insbesondere exponentiell abnimmt, indem das Magnetfeld des elektromagnetischen Aktors kollabieren gelassen wird; wobei die gewünschte Öffnungszeitvorgabe der Vollhub-Bewegungsbahn während der ersten Zeitspanne ist, wobei eine Startzeit der dritten Zeitspanne, insbesondere eine Startzeit des Anlegens des dritten Spannungswerts, vor, insbesondere kurz vor, einem Ablaufen der gewünschten vollständig geöffneten Zeitspanne ist und wobei eine Startzeit der zweiten Phase mit schnellem Abfall, insbesondere eine Startzeit des Anlegens des dritten Spannungswerts, im Wesentlichen zu der gewünschten Schließzeitvorgabe ist.
  26. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 25, wobei, um auf der Basis der gewünschten eingespritzten Kraftstoffmenge oder mehrerer gewünschter eingespritzter Kraftstoffmengen pro Einspritzzyklus eine Mehrfacheinspritzung pro Einspritzzyklus zu steuern, die innerhalb eines einzelnen Einspritzzyklus mehrere Zielbewegungsbahnen des Ventilelements umfasst, gemäß denen sich das Ventilelement jeweils zu einer jeweiligen gewünschten Öffnungszeitvorgabe öffnet, die obere Position der jeweiligen Zielbewegungsbahn an einer Position, die niedriger als eine vollständig geöffnete Position des Ventilelements ist, zu einer jeweiligen gewünschten Zeitvorgabe für die obere Position erreicht und sich zu einer jeweiligen gewünschten Schließzeitvorgabe schließt, das Phasenprofil so bestimmt wird, dass es umfasst: - eine Hochsetzphase zum konstanten Halten des ersten Spannungswerts für die erste Zeitspanne zum Anlegen einer Hochsetzspannung, - eine erste Spannungshaltephase zum konstanten Halten eines zweiten Spannungswerts für eine zweite Zeitspanne nach der ersten Zeitspanne zum Steuern einer Öffnungsbewegung des Ventilelements für eine erste Bewegungsbahn der mehreren Zielbewegungsbahnen, - eine erste Phase mit schnellem Abfall nach der zweiten Zeitspanne und während einer dritten Zeitspanne, während der eine induzierte Spannung mit entgegengesetztem Vorzeichen im Vergleich zu dem Vorzeichen des ersten und des zweiten Spannungswerts abnimmt, insbesondere exponentiell abnimmt, indem das Magnetfeld des elektromagnetischen Aktors kollabieren gelassen wird, um eine Änderung der Bewegungsrichtung des Ventilelements von der Öffnungsbewegungsrichtung zu der Schließbewegungsrichtung während der ersten Bewegungsbahn zu betätigen, und - eine letzte Phase mit schnellem Abfall, während der eine induzierte Spannung mit entgegengesetztem Vorzeichen im Vergleich zu dem Vorzeichen des ersten und zweiten Spannungswerts abnimmt, insbesondere exponentiell abnimmt, indem das Magnetfeld des elektromagnetischen Aktors nach der gewünschten Schließzeit einer letzten Bewegungsbahn der mehreren Zielbewegungsbahnen kollabieren gelassen wird, wobei das Phasenprofil zwischen der ersten Phase mit schnellem Abfall und der letzten Phase mit schnellem Abfall ferner mehrere Spannungshaltephasen eines konstanten Haltens des zweiten Spannungswerts für eine jeweilige Haltezeitspanne zum Steuern einer Schließbewegung des Ventilelements einer jeweiligen Bewegungsbahn der mehreren Zielbewegungsbahnen und zum Steuern einer Öffnungsbewegung einer jeweiligen nächsten Bewegungsbahn der mehreren Zielbewegungsbahnen umfasst, und wobei das Phasenprofil ferner für jede n -te Bewegungsbahn mit n > 1 eine weitere Phase mit schnellem Abfall, während der eine induzierte Spannung mit entgegengesetztem Vorzeichen im Vergleich zu dem Vorzeichen des ersten und zweiten Spannungswerts abnimmt, insbesondere exponentiell abnimmt, indem das Magnetfeld des elektromagnetischen Aktors zu einer Zeitvorgabe vor, insbesondere kurz vor, einer jeweiligen gewünschten Zeitvorgabe für die obere Position der jeweiligen n-ten Bewegungsbahn kollabieren gelassen wird, um während der n-ten Bewegungsbahn eine Änderung der Bewegungsrichtung des Ventilelements von der Öffnungsbewegungsrichtung zu der Schließbewegungsrichtung zu betätigen.
  27. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 26, wobei das elektromagnetisch betätigte Ventil ein Ankerelement enthält, das zwischen einer Ruheposition, die niedriger als die offene Position des Ventilelements ist, und einer offenen Position des Ventilelements beweglich ist, wobei der elektromagnetische Aktor dazu ausgelegt ist, eine Bewegung des Ankerelements zu betätigen, und das Ankerelement dazu ausgelegt ist, das Ventilelement zu bewegen, wobei das Phasenprofil so bestimmt wird, dass sich das Ankerelement von der Ruheposition in die Öffnungsposition bewegt, bis es zu einer ersten Zeit mit dem Ventilelement in Kontakt kommt und in der geschlossenen Position bis zu einer zweiten Zeit, die größer als die erste Zeit ist, insbesondere gemäß einer gewünschten Zeitspanne zwischen der ersten und der zweiten Zeit und/oder gemäß der gewünschten ersten und zweiten Zeit, in Kontakt mit dem Ventilelement bleibt und das Ankerelement und das Ventilelement zu oder nach der zweiten Zeit eine Öffnungsbewegung von der geschlossenen Position in die offene Position beginnen; und/oder wobei das Phasenprofil so bestimmt wird, dass sich das Ankerelement und das Ventilelement von der offenen Position in die geschlossene Position bewegen, bis sie die geschlossene Position zu einer dritten Zeit erreichen, das Ankerelement nach der dritten Zeit in der geschlossenen Position mit dem Ventilelement in Kontakt bleibt, insbesondere gemäß einer gewünschten Zeitspanne zwischen der dritten und einer vierten Zeit, die größer als die dritte Zeit ist, und/oder gemäß der gewünschten ersten und vierten Zeit, und das Ankerelement zu oder nach der vierten Zeit beginnt, sich von der geschlossenen Position in Richtung der Ruheposition zu bewegen.
  28. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der elektromagnetische Aktor durch eine Ansteuerschaltung, die mehrere Schalter aufweist, angesteuert wird und die Ansteuerschaltung so ausgelegt ist, dass sie mehrere Ansteuerungszustände aufweist, die basierend auf unterschiedlichen Schaltkonfigurationen der mehreren Schalter gesteuert werden, wobei ein erster Ansteuerungszustand der mehreren Ansteuerungszustände während der ersten Zeitspanne aktiviert wird und ein zweiter Ansteuerungszustand der mehreren Ansteuerungszustände während der zweiten Zeitspanne aktiviert wird.
  29. Verfahren zum Betreiben eines elektromagnetisch betätigten Ventils eines Kraftstoffeinspritzers, wobei das elektromagnetische Ventil ein Ventilelement, das zwischen einer geschlossenen Position und einer offenen Position bewegbar ist, und einen elektromagnetischen Aktor, der dazu ausgelegt ist, eine Bewegung des Ventilelements zu betätigen, enthält, wobei das Verfahren umfasst: - Anlegen eines ersten Spannungswerts durch eine aktive Spannungssteuerung während einer ersten Zeitspanne und Ausschalten des ersten Spannungswerts nach der ersten Zeitspanne, und - Anlegen eines zweiten Spannungswerts, der kleiner oder gleich dem ersten Spannungswert ist, durch eine aktive Spannungssteuerung während einer zweiten Zeitspanne und Ausschalten des zweiten Spannungswerts nach der zweiten Zeitspanne, wobei die Dauer der ersten Zeitspanne und die Dauer der zweiten Zeitspanne gemäß einer gewünschten eingespritzten Kraftstoffmenge bestimmt werden.
  30. Verfahren zum Betreiben eines elektromagnetisch betätigten Ventils eines Kraftstoffeinspritzers, wobei das elektromagnetische Ventil ein Ventilelement, das zwischen einer geschlossenen Position und einer offenen Position bewegbar ist, und einen elektromagnetischen Aktor, der dazu ausgelegt ist, eine Bewegung des Ventilelements zu betätigen, enthält, wobei das Verfahren umfasst: - Anlegen eines ersten Spannungswerts durch eine aktive Spannungssteuerung während einer ersten Zeitspanne und Ausschalten des ersten Spannungswerts nach der ersten Zeitspanne, - Anlegen eines zweiten Spannungswerts, der kleiner oder gleich dem ersten Spannungswert ist, durch eine aktive Spannungssteuerung während einer zweiten Zeitspanne und Ausschalten des zweiten Spannungswerts nach der zweiten Zeitspanne, und - Ermöglichen, dass eine induzierte Spannung in dem elektromagnetischen Aktor durch passive Spannungssteuerung während einer dritten Zeitspanne abnimmt, wobei die Dauer der ersten Zeitspanne, die Dauer der zweiten Zeitspanne und/oder die Dauer der dritten Zeitspanne gemäß einer gewünschten eingespritzten Kraftstoffmenge bestimmt werden.
  31. Einrichtung, insbesondere ein Controller, zum Betreiben eines elektromagnetisch betätigten Ventils eines Kraftstoffeinspritzers, wobei das elektro-magnetische Ventil ein Ventilelement, das zwischen einer geschlossenen Position und einer offenen Position bewegbar ist, und einen elektromagnetischen Aktor, der dazu ausgelegt ist, eine Bewegung des Ventilelements zu betätigen, enthält, wobei die Einrichtung dazu ausgelegt ist, die Ausführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche zu steuern.
  32. Computerprogrammprodukt, das ein Computerprogramm umfasst, das Computerprogrammbefehle enthält, die dazu ausgelegt sind, einen Controller dazu zu veranlassen, die Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 30 auszuführen.
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Citations (9)

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