DE102022204572B3 - Verbrennungsmotor sowie Verfahren zu dessen Betrieb - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Verbrennungsmotors (12), der einen als Pumpe-Düse-Injektor ausgebildeten Injektor (2) zur Einspritzung von Kraftstoff aufweist, wobei der Injektor (2) einen Stempel (4) zum Fördern des Kraftstoffes bei einer Hubbewegung sowie eine Spule (6) zur Bewirkung der Hubbewegung aufgrund eines Spulenstroms aufweist, wobei eine Gleichspannung (UQ) für den Betrieb des Injektors (2) bereitgestellt wird, und wobei zur Erhöhung der zeitlichen Änderung des Spulenstrom (Is) zu Beginn der Bestromung der Spule (6) die bereitgestellte Spannung (UQ) zumindest zeitweise hinaufgesetzt wird. Weiterhin wird der Spulenstrom (Is) für einen Vorförderhub des Stempels (4) auf einen Vorförderhub-Wert (Ivor) eingestellt, anschließend für den Förderhub auf einen vorgegebenen Maximalwert (Imax) erhöht, und bleibt anschließend bis zu einem Bestromungsende konstant auf diesen Maximalwert (Imax) eingestellt. Des Weiteren betrifft die Erfindung einen solchen Verbrennungsmotor (12).

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Verbrennungsmotors mit mindestens zwei Zylindern und mit einem einzigen Injektor zur Zentralpunkteinspritzung von Kraftstoff in einen mit den Zylindern verbundenen Luftansaugstutzen. Des Weiteren betrifft die Erfindung einen solchen Verbrennungsmotor.
• Beispielsweise weist ein Verbrennungsmotor, insbesondere ein als Kleinmotor ausgebildeter Verbrennungsmotor, wie ein Verbrennungsmotor eines Rasenmähers oder eines Stromgenerators, eine Zentralpunkteinspritzung auf. Diese wird auch als Einpunkteinspritzung bezeichnet. Ferner werden unter einem Kleinmotor hier und im Folgenden ein Viertakt-Motor mit mindestens zwei Zylindern und einem Hubraum bis 1000 cm³ verstanden.
• Aus der DE 10 2019 201 200 A1 ist ein derartiger Verbrennungsmotor sowie ein Verfahren zu dessen Betrieb bekannt. Der Verbrennungsmotor umfasst mindestens zwei Zylinder sowie einen einzigen Injektor zur Zentralpunkteinspritzung von Kraftstoff in einen mit den Zylindern verbundenen Luftansaugstutzen. Der Injektor umfasst hierbei einem Stempel, welcher bei einer Hubbewegung zu einer Einspritzdüse hin den Kraftstoff fördert, sowie eine Spule, welche im bestromten Zustand die Hubbewegung des Stempels zur Einspritzdüse hin bewirkt. Bei Betrieb des Verbrennungsmotors werden für jeden der Zylinder jeweils eine Einspritzmenge des Kraftstoffs sowie ein Startzeitpunkt der Einspritzung in Abhängigkeit der aktuellen Motorlast und/oder der aktuellen Motordrehzahl ermittelt und eingestellt.
• Der Einfluss eines vergleichsweise langem Weg vom Einspritzort in den Luftansaugstutzen zu dem jeweiligen Zylinder, einer (Druck-) Pulsation der angesaugten Luft im Luftansaugstutzen, und/oder einer Bauweise des Verbrennungsmotors, insbesondere einer Zylinderanordnung entsprechend eines sogenannten Bankwinkels bei einer V-Bauweise des Verbrennungsmotors auf die dem jeweiligen Zylinder zugeführte Kraftstoffmenge ist somit ausgleichbar.
• Bei Betrieb eines solchen Verbrennungsmotors kann sich die Temperatur des Injektors, insbesondere die Temperatur dessen Spule, ändern. Der Strom durch die Spule, welcher hier und im Folgenden auch als Spulenstrom bezeichnet wird, ist dabei abhängig von der Spulentemperatur. So sind in der 1 beispielhaft zeitliche Verläufe des Spulenstroms eines derartigen Injektors bei Betrieb mit einer Batteriespannung von 12 V für unterschiedliche Temperaturen T₁, T₂, und T₃ dargestellt, wobei T₁< T₂ < T₃ gilt. In der 1 ist dabei der Verlauf des Spulenstroms für die Temperatur T₁ mit dem Bezugszeichen „T1", für die Temperatur T₂ mit dem Bezugszeichen „T2“ und für die Temperatur T₃ mit dem Bezugszeichen „T3 versehen. Weiterhin bezeichnet „t₁“ den Beginn der Bestromung, also den Beginn des Stromflusses durch die Spule, „t₂“ den Zeitpunkt des Endes der Bestromung und „t₃“ den Zeitpunkt, bei dem der Spulenstrom Null beträgt. Insbesondere steigt der Spulenstrom für vergleichsweise kleine Temperaturen vergleichsweise schnell an, und weist vergleichsweise hohe Stromstärken auf. Aufgrund dessen variiert die anhand der Spule erzeugte elektromagnetische Kraft auf den Stempel. Damit einhergehend ändert sich nachteilig für eine vorgegebene Bestromungsdauer die anhand des Injektors geförderte Kraftstoffmenge entsprechend.
• Aus der DE 10 2007 006 179 B4 ist eine Schaltungsanordnung zum Betreiben einer induktiven Last, wie eines Magnetventils eines Kraftstoffeinspritzsystems einer Brennkraftmaschine, bekannt. Die Schaltungsanordnung umfasst Bestromungsmittel, um während einer ersten Betriebsphase eine erste Betriebsspannung an der Last anzulegen und während einer darauffolgenden zweiten Betriebsphase eine zweite, kleinere Betriebsspannung intermittierend an der Last anzulegen.
• In der DE 10 2012 213 883 B4 ist ein Verfahren zum Adaptieren des zeitlichen Verlaufs eines Stromes offenbart, welcher durch eine Spule eines Spulenantriebs eines Kraftstoffinjektors fließt und welcher während des Betriebs eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs zu einer Mehrfacheinspritzung von Kraftstoff mit zumindest zwei Teileinspritzvorgängen führt, wobei der zeitliche Verlauf des Stromes für jeden Teileinspritzvorgang zumindest eine Boostphase und eine Freilaufphase aufweist.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein besonders geeignetes Verfahren zum Betrieb eines Verbrennungsmotors sowie Verbrennungsmotor anzugeben. Insbesondere soll dabei ein Einfluss der Temperatur des Injektors, insbesondere dessen Spule, auf die Einspritzmenge zumindest reduziert werden.
• Bezüglich des Verfahrens wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Hinsichtlich des Verbrennungsmotors wird die Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 5 erfindungsgemäß gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche. Dabei gelten die Ausführungen im Zusammenhang mit dem Verfahren sinngemäß auch für den Verbrennungsmotor und umgekehrt.
• Das Verfahren ist zum Betrieb eines Verbrennungsmotor, insbesondere eines als Kleinmotor ausgebildeten Verbrennungsmotors, vorgesehen. Der Verbrennungsmotor umfasst einen Injektor zur Einspritzung von Kraftstoff, insbesondere in einen mit den Zylindern verbundenen Luftansaugstutzen. Vorzugsweise umfasst der Verbrennungsmotor einen einzigen Injektor. Insbesondere umfasst der Verbrennungsmotor dabei mindestens zwei Zylinder, die mit dem Luftansaugstutzen strömungstechnisch verbunden oder verbindbar sind. Der Injektor ist dann zur Zentralpunkteinspritzung des Kraftstoffes in den Luftansaugstutzen vorgesehen und ausgebildet. Der Luftansaugstutzen wird auch als Saugrohr und die Einspritzung entsprechend als Saugrohreinspritzung bezeichnet.
• Der als Pumpe-Düse-Injektor ausgebildete Injektor weist eine Spule auf, welche im bestromten Zustand, also wenn ein (Spulen-)Strom durch die Spule fließt, eine elektromagnetische Kraft auf einen Stempel bewirkt, aufgrund dessen der Stempel zu einer Einspritzdüse des Injektors hin bewegt wird. Bei dieser (Hub-) Bewegung wird der Kraftstoff über die Einspritzdüse in den Luftansaugstutzen gefördert.
• Verfahrensgemäß wird eine Spannung für den Betrieb des Injektors, insbesondere für die Bestromung der Spule des Injektors, bereitgestellt. Zweckmäßigerweise umfasst der Verbrennungsmotor hierzu eine Spannungsquelle, insbesondere eine Gleichspannungsquelle wie beispielsweise eine Batterie, die die Spannung bereitstellt. Alternativ hierzu umfasst der Verbrennungsmotor einen Spannungseingang, an welchem die Spannung angelegt ist und/oder angelegt werden kann.
• Des Weiteren wird diese Spannung zumindest zeitweise hinaufgesetzt, um die zeitliche Änderung des Spulenstroms zu Beginn der Bestromung der Spule zu erhöhen. Also wird der Injektor, insbesondere dessen Spule, zumindest zeitweise, mit anderen Worten zumindest für einen zeitlichen Abschnitt der Bestromung der Spule, mit einer erhöhten, mit anderen Worten heraufgesetzten, Spannung betrieben, so dass die Steilheit des Anstiegs des Spulenstromverlaufs, also des zeitlichen Verlaufs des Spulenstroms, zu Beginn der Bestromung der Spule erhöht wird. Zweckmäßiger Weise ist hierzu ein Gleichspannungswandler zwischen der Spannungsquelle und dem Injektor bzw. zwischen dem Spannungseingang und dem Injektor geschaltet.
• Zusammenfassend steigt der Spulenstrom vergleichsweise schnell nach Beginn der Bestrom aufgrund des Hinaufsetzens der Spannung an. Zwar verbleibt ein Einfluss der Temperatur auf den Spulenstromverlauf auch bei diesem vergleichsweise schnellen Anstieg des Spulenstroms, jedoch ist dieser im Vergleich zu einer Bestromung der Spule ohne das Heraufsetzen der Spannung reduziert. Vorteilhaft ist auf diese Weise entsprechend der Einfluss der Temperatur auf die Kraftstoffeinspritzung, insbesondere auf die Kraftstoffmenge und/oder auf die Zerstäubung des Kraftstoffes reduziert. Zusammenfassend ist eine Injektorgenauigkeit und eine Toleranz dessen gegen eine Temperaturänderung verbessert.
• Beispielsweise stellt die Spannungsquelle eine Gleichspannung von 12 V bereit oder am Spannungseingang liegt eine Gleichspannung von 12 V an. Gemäß einer geeigneten Ausgestaltung wird diese Spannung zumindest zeitweise auf eine Spannung zwischen 24 V bis 96 V, insbesondere auf eine Spannung zwischen 36 V bis 72 V, bevorzugt auf 60 V hinaufgesetzt. Der Injektor, insbesondere dessen Spule, wird also zumindest zeitweise mit einer Spannung betrieben, die zumindest zeitweise größer als die von der bereitgestellte Spannung ist. Bei den oben genannten Spannungsbereichen bzw. Spannungen zum Betrieb des Injektors ist vorteilhaft einerseits eine ausreichend große Erhöhung der zeitlichen Änderung des Spulenstrom bewirkt. Andererseits ist bei diesen Spannungen die Gefahr einer Beschädigung des Verbrennungsmotors, die Beschädigung einer den Verbrennungsmotor aufweisenden Vorrichtung oder eine Gefahr für einen Benutzer des Verbrennungsmotor aufgrund vergleichsweise hoher Spannungen vergleichsweise gering.
• Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung wird der Spulenstrom auf einen vorgegebenen Maximalwert, insbesondere ein Maximalwert für die Stromstärke des Spulenstroms, erhöht, wobei der Spulenstrom anschließend bis zu einem Bestromungsende (Ende der Bestromung), konstant auf diesen Maximalwert eingestellt bleibt. Also wird der Spulenstrom nach Beginn der Bestrom durch die heraufgesetzte Spannung vergleichsweise schnell auch den Maximalwert erhöht, und unmittelbar nach dem Erreichen des Maximalwerts wird der Spulenstrom für eine vorgegebenen Zeitdauer bis zum Bestromungsende eingestellt, insbesondere auf diesen Wert geregelt.
• Unter Bestromung ist hier und im Folgenden zu verstehen, dass der Injektor, insbesondere dessen Spule, zum Betrieb mit elektrischer Energie versorgt wird. Insbesondere wird dabei aufgrund einer bereitgestellten Spannung ein Spulenstrom durch die Spule des Injektors erzeugt.
• Insbesondere wird nach dem Bestromungsende die Spule nicht weiter aktiv bestromt, insbesondere wird weder die von der Spannungsquelle oder am Spannungseingang bereitgestellte Spannung noch die hochgesetzte Spannung für die Bestromung der Spule verwendet. Allenfalls fließt ein abklingender Spulenstrom aufgrund einer Induktion nach dem Bestromungsende.
• Aufgrund des Einstellens des Spulenstroms auf den vorgegebenen Maximalwert direkt anschließend an den vergleichsweise schnellen Anstieg auf diesen Maximalwert ist der Einfluss der Temperatur der Spule auf den Spulenstrom vorteilhaft weiter verringert.
• Verfahrensgemäß wird der Spulenstrom, insbesondere zu Beginn der Bestromung, zunächst, vorzugsweise anhand der heraufgesetzten Spannung, auf einen vorgegebenen Vorförderhub-Wert, insbesondere eine Vorförderhub-Stromstärke, erhöht und bleibt anschließend für einen Vorförderhub des Stempels, bevorzugt konstant, auf den Vorförderhub-Wert eingestellt. Anschließend an den Vorförderhub wird der Spulenstrom, vorzugsweise anhand der heraufgesetzten Spannung, für einen Förderhub des Stempels auf den Maximalwert erhöht. Zweckmäßig bleibt der Spulenstrom anschließend für den Förderhub auf diesem Maximalwert eingestellt. Zweckmäßigerweise ist dabei eine Zeitdauer für den Vorförderhub, und somit für die Bestromung der Spule mit dem Vorförderhub-Wert, und/oder eine Zeitdauer für den Förderhub, und somit für die Bestromung der Spule mit dem Maximalwert, vorgeben.
• Zusammenfassend wird der Spulenstrom für den Vorförderhub des Stempel auf den Vorförderhub-Wert und anschließend für den Förderhub des Stempels auf den Maximalwert eingestellt. Dabei ist der Vorförderhub-Wert zweckmäßigerweise kleiner als der Maximalwert. Insbesondere beträgt der Vorförderhub-Wert je nach Ausgestaltung des Injektors zwischen 20 % und 80 %, geeigneter Weise zwischen 40 % und 60 % des Maximalwertes. Weiter Zusammenfassend ist der zeitliche Verlauf des Spulenstroms stufenförmig oder rampenförmig.
• Auf diese Weise ist eine definierter Vorförderhub des Stempels realisiert. Insbesondere ist eine Zeitdauer für den Vorförderhub und anhand des Vorgebens, insbesondere des Einstellens, des Vorförderhub-Wertes eine elektromagnetische Kraft auf den Stempel und damit dessen Geschwindigkeit beim Vorförderhub einstellbar. Auf diese Weise ist eine Blasenbildung im Kraftstoff aufgrund einer zu hohen Stempelgeschwindigkeit im Injektor vermieden und eine Entgasung beim Vorförderhub vorteilhaft vergleichsweise zuverlässig.
• Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung wird der Spulenstrom bei der Erhöhung des Spulenstromes auf den Maximalwert, auf den Vorförderhub-Wert, und/oder vom Vorförderhub-Wert auf den Maximalwert entsprechend eines vorgegebenen Soll-Verlaufs eingestellt. Dabei ist die Spannung zumindest zeitweise hochgesetzt, um die Spulenstrom vergleichsweise schnell ansteigen zu lassen. Besonders bevorzugt ist der Soll-Verlauf derart ausgestaltet, dass eine vorgegebene maximale zeitliche Änderung des Spulenstroms nicht überschritten wird. Besonders bevorzugt entspricht die vorgegebene maximale zeitliche Änderung derjenigen zeitlichen Änderung des Spulenstroms, welche bei Betrieb des Injektors, insbesondere dessen Spule mit, insbesondere konstant, hochgesetzter Spannung, bei einer maximal erwarteten Betriebstemperatur, beispielsweise 120°C vorliegt. Der Spulenstromverlauf für diese Betriebstemperatur und Spannung wird hier und im Folgenden auch als Warmkurve bezeichnet. Somit ist also der Soll-Verlauf für die Bereiche mit nicht konstant eingestellten Spulenstrom, also für Bereiche des Soll-Verlaufs mit ansteigenden Spulenströmen stets kleiner als die Warmkurve.
• Aufgrund der Vorgabe eines Soll-Verlaufs, insbesondere für die Bereiche mit nicht konstantem Spulenstrom beim Maximalwert und/oder beim Vorförderhub-Wert, ist ein Einfluss der Temperatur auf den Spulenstrom vorteilhaft weiter reduziert oder sogar vermieden.
• Zweckmäßigerweise ist der Soll-Verlauf, die maximale zeitliche Änderung des Spulenstroms und/oder die Warmkurve auf einer Steuer- oder Regeleinrichtung des Verbrennungsmotors hinterlegt.
• Beim Einstellen des Spulenstroms entsprechend des vorgegebenen Soll-Verlaufs kann es dabei aufgrund der Induktivität der Spule dazu kommen, dass die von der Spannungsquelle oder am Spannungseingang bereitgestellte Spannung zeitweise nicht hochgesetzt oder sogar heruntergesetzt, also reduziert werden muss, um eine Abweichung des Spulenstromes zu höheren Werten zu vermeiden. Zweckmäßiger Weise ist daher der Gleichspannungswandler als ein Tief-Hochsetzsteller (engl. „Buck-Boost-Converter“) ausgebildet.
• In vorteilhafter Ausgestaltung wird der Maximalwert und/oder die Zeitdauer für die der Spulenstrom auf dem Maximalwert eingestellt ist, entsprechend einer Anforderung an die Kraftstoffmenge und/oder entsprechend einer Anforderung and die Zerstäubung des Kraftstoffes beim Einspritzen eingestellt.
• Die Anforderung ist dabei beispielsweise anhand der aktuellen Motorlast und/oder der aktuellen Motordrehzahl bestimmbar. Weiter beispielsweise ist die Anforderung anhand des aktuellen - bestimmten, insbesondere berechneten, oder erfassten - Lambda-werts (Verbrennungsluftverhältnis) bestimmbar.
• Beispielsweise ist eine jeweilige Tabelle oder eine jeweilige Kennlinie auf der Steuer- oder Regeleinrichtung hinterlegt, welche der Anforderung, oder direkt der aktuellen Motorlast und/oder der aktuellen Motordrehzahl, dem Maximalwert bzw. der Zeitdauer für diesen zuordnet. Allenfalls ist auf diese Weise die Leistung des Verbrennungsmotors und/oder der Kraftstoffverbrauch änderbar, insbesondere einstellbar, und/oder der Maximalwert und/oder die Zeitdauer für die Bestromung mit diesem Maximalwert im Zuge einer Lambdaregelung anpassbar.
• Sofern der Verbrennungsmotor mindestens zwei Zylinder aufweist und der Injektor zur Zentralpunkteinspritzung eingerichtet ist, werden in besonders bevorzugter Weise gemäß der Lehre der DE 10 2019 201 200 A1 für jeden der Zylinder jeweils eine Einspritzmenge des Kraftstoffs sowie ein Startzeitpunkt und/oder ein Endzeitpunkt der Einspritzung in Abhängigkeit der aktuellen Motorlast und/oder der aktuellen Motordrehzahl ermittelt und eingestellt.
• Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft einen, insbesondere als Kleinmotor ausgebildeten, Verbrennungsmotor. Dieser umfasst entsprechend den Ausführungen zum Verfahren einen Injektor zur Einspritzung von Kraftstoff, insbesondere in einen Luftansaugstutzen. Der als Pumpe-Düse-Injektor ausgebildete Injektor weist also eine Spule auf, welche im bestromten Zustand, also wenn ein (Spulen-) Strom durch die Spule fließt, eine elektromagnetische Kraft auf einen Stempel bewirkt, aufgrund dessen der Stempel zu einer Einspritzdüse des Injektors hin bewegt wird. Bei dieser (Hub-) Bewegung wird der Kraftstoff über die Einspritzdüse in den Luftansaugstutzen gefördert.
• Vorzugsweise umfasst der Verbrennungsmotor einen einzigen Injektor. Insbesondere umfasst der Verbrennungsmotor dabei mindestens zwei Zylinder, die mit dem Luftansaugstutzen strömungstechnisch verbunden oder verbindbar sind. Der Injektor ist dann zur Zentralpunkteinspritzung des Kraftstoffes in den Luftansaugstutzen vorgesehen und ausgebildet.
• Weiterhin umfasst der Verbrennungsmotor eine Spannungsquelle, beispielsweise eine Batterie, welche eine Spannung, insbesondere eine Gleichspannung, vorzugsweise eine Gleichspannung von 12 V oder 24 V bereitstellt. Alternativ hierzu umfasst der Verbrennungsmotor einen Spannungseingang zum Verbinden mit einer Spannungsquelle. Der Spannungseingang ist also dazu vorgesehen und eingerichtet, dass an diesem die Spannung angelegt ist und/oder angelegt werden kann. Mit anderen Worten umfasst der Verbrennungsmotor einen Anschluss, an welchem die Spannung bereitstellbar ist.
• Dabei ist zwischen der Spannungsquelle und dem Injektor bzw. zwischen dem Spannungseingang und dem Injektor ein Gleichspannungswandler geschaltet, anhand dessen die Spannung zumindest zeitweise erhöht werden kann.
• Weiterhin umfasst der Verbrennungsmotor eine Steuer- oder Regeleinrichtung, die zur Durchführung des Verfahrens in einer der oben dargestellten Varianten vorgesehen und eingerichtet ist. Insbesondere ist die Steuer- oder Regeleinrichtung dabei dazu eingerichtet, den Gleichspannungswandler derart anzusteuern, dass die Spannung zur Erhöhung der zeitlichen Änderung des Spulenstroms zu Beginn der Bestromung der Spule zumindest zeitweise erhöht wird. Zweckmäßigerweise ist die Steuer- oder Regeleinrichtung hierzu signal- und/oder datenübertragungstechnisch mit dem Gleichspannungswandler verbunden.
• Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung ist der Gleichspannungswandler wie in Zusammenhang mit dem Verfahren beschrieben als Tief-Hochsetzsteller ausgebildet ist, so dass dieser die von der Spannungsquelle oder am Spannungseingang bereitgestellte Spannung, insbesondere für die Erhöhung der zeitlichen Änderung des Spulenstroms des Injektors, heraufsetzen und, insbesondere und sofern notwendig zum Einstellen des Spulenstromes entsprechend des Soll-Verlaufs, herabsetzen kann.
• Zweckmäßiger Weise umfasst die Steuer- oder Regeleinrichtung einen Stromreger, insbesondere eine PI- oder PID Regler für den Strom, und/oder einen Spannungsregler, insbesondere einen PI- oder PID-Regler für die Spannung, wobei der Gleichspannungswandler anhand des Stromreglers und/oder des Spannungsreglers angesteuert ist. Also ist der Gleichspannungswandler also strom- und/oder spannungsgesteuert oder -geregelt.
• Zweckmäßigerweise umfasst die Steuer- oder Regeleinrichtung weiterhin einen Mikrokontroller, der einen Soll-Wert für den Spulenstrom, insbesondere entsprechend des Soll-Verlaufs, und/oder einen Soll-Wert für die hierzu vom Gleichspannungswandler ausgangsseitig, also injektorseitig, bereitzustellende Spannung, bereitstellt. Insbesondere wird der jeweilige Soll-Wert dem Stromregler, bzw. dem Spannungsregler zugeführt.
• Alternativ hierzu kann der Stromreger und/oder der Spannungsregler auch in den Mikrokontroller integriert sein. In diesem Fall wird der Soll-Verlauf von dem Mikrokontroller vorgegeben bzw. entsprechende Steuersignale an den Gleichspannungswandler ausgegeben.
• Zweckmäßig umfasst die Steuer- oder Regeleinrichtung weiterhin einen Schalter, insbesondere einen Halbleiterschalter, welcher mit einem Spulenende der Spule des Injektor elektrisch verbunden ist. Insbesondere ist der Schalter zwischen dem Gleichspannungswandler und der Spule oder zwischen der Spule und Bezugspotenzial, insbesondere Erde, geschaltet. Auf diese Weise ist der Spulenstrom anhand des Schalters einstellbar.
• Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung weist der Verbrennungsmotor eine parallel zum Injektor geschaltete Schaltung auf.
• Gemäß einer ersten Variante dieser Schaltung umfasst diese eine Freilaufdiode, die Sperrrichtung hinsichtlich des vom Gleichspannungswandler bereitgestellten Stroms geschaltet ist. Zudem umfasst die Schaltung zur Erhöhung des Betrags der zeitlichen Änderung des Spulenstroms nach Ende der Bestromung der Spule, wobei dieser Spulenstrom aufgrund einer Induktion der Spule bewirkt ist, eine zur Freilaufdiode in Serie und gegengerichtet zu dieser geschaltete Z-Diode (Zenerdiode) aufweist. Die Zenerdiode dient dabei der Dissipation der in der Spule gespeicherten Energie.
• Gemäß einer zweiten Variante dieser Schaltung umfasst diese die in Sperrrichtung geschaltete Freilaufdiode und/oder zur Verringerung einer Verlustleistung in der Freilaufdiode einen zu dieser parallel geschalteten Schalter. Dieser wird zweckmäßiger Weise zur Vermeidung einer Erwärmung der Freilaufdiode nach dem Ende der aktiven Bestromung der Spule, geschlossen, also leiten geschaltet.
• Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
• 1 einen zeitlichen Verlauf des Spulenstroms bei Bestromung einer Spule eines Injektors eines Verbrennungsmotors für unterschiedliche Spulentemperaturen gemäß dem Stand der Technik,
• 2 einen schematischen Längsschnitt des als Pumpe-Düse-Injektor ausgebildeten Injektors, welcher eine Spule zum Bewegen eines Stempels aufweist, wobei bei einer Hubbewegung des Stempels zu einer Einspritzdüse hin Kraftstoff in den Luftansaugstutzen gefördert wird,
• 3a,3b jeweils ein Blockschaltbild der Ansteuerung des Injektors des Verbrennungsmotors in unterschiedlichen Varianten,
• 4a zeitliche Verläufe des Spulenstromes bei Bestromung der Spule des Injektors gemäß einer ersten Ausführungsvariante für unterschiedliche Spulentemperaturen,
• 4b den zeitlichen Verlauf des Spulenstromes bei Bestromung der Spule des Injektors gemäß einer zweiten Ausführungsvariante, und
• 4c den zeitlichen Verlauf des Spulenstromes bei Bestromung der Spule des Injektors gemäß einer dritten Ausführungsvariante.
• Einander entsprechende Teile und Größen sind in allen Figuren stets mit gleichen Bezugszeichen versehen.
• In der 2 ist ein als Pumpe-Düse-Injektor ausgebildeter Injektor 2 gezeigt. Dieser weist einen Stempel 4 sowie eine (Magnetspule) Spule 6 auf. Bei einer Bestromung der Spule 6, wird der Stempel 4 in eine Hubbewegung zu einer Einspritzdüse 8 hin versetzt. Aufgrund der Hubbewegung wird der in einer zwischen dem Stempel 4 und der Einspritzdüse 8 angeordneten Kraftstoffkammer 10 aufgenommene Kraftstoff durch die Einspritzdüse 8 in einen Luftansaugstutzen eines Verbrennungsmotors 12 eingespritzt.
• Der Injektor 2 umfasst weiterhin ein erstes Rückschlagventil 14a für die Kraftstoffzufuhr in die Kraftstoffkammer und ein zweites Rückschlagventil 14b für die Kraftstoffabfuhr aus der Kraftstoffkammer 10. Der Kraftstoffzulauf in die Kraftstoffkammer 10 durch erste Rückschlagventil 14a und der Kraftstoffablauf aus der Kraftstoffkammer 10 durch das zweite Rückschlagventil 14b ist in der 2 schematisch jeweils anhand eines Pfeils repräsentiert.
• Zudem weist der Injektor 2 ein Federelement 16 auf, welches eine von der Einspritzdüse 8 weg gerichtete Kraft auf den Stempel 4 bewirkt. Zum Bewegen des Stempels 4 zur Einspritzdüse 8 hin, muss die anhand des Spule 6 bewirkte elektromagnetische Kraft also größer sein, als die vom Federelement 16 bewirkte (Rückstell-)Kraft. Bei der Bewegung des Stempels 4 von einer Ausgangsposition, bei der der Stempel 4 maximal von der Einspritzdüse 8 entfernt ist, zur Einspritzdüse 8 hin, werden zunächst Gasbläschen aus dem Kraftstoff über das zweite Rückschlagventil 14b aus der Kraftstoffkammer 10 gefördert, was auch als Entgasung bezeichnet wird. Erreicht das Einspritzdüsenseitige Ende des Stempels 4 die in der 2 strichliniert dargestellte Linie, also verschließt der Stempel 4 einen am Ventil 8a der Eispritzdüse angeordneten Bereich 10a der Kraftstoffkammer, ist ein weiterer Kraftstofflablauf aus diesem Bereich 10a nicht weiter möglich. Für eine weitere Bewegung des Stempels 4 zur Einspritzdüse 8 hin, muss zusätzlich zur Kraft des Federelements eine Kraft aufgebracht werden, um das Ventil 8a, insbesondere Ballventil, der Einspritzdüse 8 zu öffnen.
• Die Bewegung des Stempels 4 von der Ausgangsposition zur strichliniert dargestellten Linie wird als Vorförderhub und die Bewegung des Stempels von dieser Position zur Endposition an der Einspritzdüse 10 als Förderhub bezeichnet.
• In der 3a ist ausschnittsweise der Verbrennungsmotor 12 gemäß einer ersten Variante anhand eines Blockschaltbildes dargestellt. Insbesondere ist dort die Ansteuerung des Injektors des Verbrennungsmotors 12 gezeigt. In nicht näher dargestellter Weise umfasst der Verbrennungsmotor 12 weitere Bauelemente wie beispielsweise den Luftansaugstutzen, die Zylinder usw. Der Verbrennungsmotor 12, insbesondere dessen Ansteuerung für den Injektor 2, umfasst hierbei einen Spannungseingang 18, an welchem eine hier beispielhaft als Batterie ausgebildete (Gleich-)Spannungsquelle 20 angeschlossen ist. Diese stellt eine Gleichspannung U_Q, beispielsweise 12 V bereit. Der Verbrennungsmotor 12 umfasst weiterhin den Injektor 2, wobei zum Zwecke einer besseren Übersichtlichkeit lediglich die Spule 6 des Injektors dargestellt ist.
• Der Spannungseingang 18 ist dabei elektrisch mit einem Eingang eines Gleichspannungswandlers 22 verbunden. Ausgangsseitig ist der Gleichspannungswandler 22 mit dem Injektor 2, insbesondere mit einem ersten Spulenende dessen Spule 6, angeschlossen. Zusammenfassend ist der Gleichspannungswandler 22 zwischen dem Spannungseingang 18 und dem Injektor 2 geschaltet.
• Der Verbrennungsmotor 12, insbesondere die Ansteuerung dessen Injektors 2, weist weiterhin eine Steuer- oder Regeleinrichtung 24 auf, dessen Schalter 26 steuereingangsseitig mit einem Mikrokontroller 28 verbunden ist. Der Schalter 26 ist dabei zwischen das zweite Spulenende der Spule 6 und Bezugspotential, hier Masse, geschaltet. In einer Offenstellung des Schalters 26, also bei einer stromsperrenden Schaltung des Schalters 26, fließt somit kein (Spulen-)Strom Is durch die Spule 6 aufgrund der von Gleichspannungswandler 22 bereitgestellten Spannung. Bei einer Schließstellung, also bei einer stromleitenden Schaltung des Schalters 26, fließt ein Spulenstrom I_S aufgrund der vom Gleichspannungswandler 22 bereitgestellten Spannung. Dies wird auch als aktive Bestromung der Spule 6 bezeichnet.
• Die Steuer- oder Regeleinrichtung 24 umfasst zudem einen als PI-Regler oder als PID-Regler ausgebildeten Stromregler 30 sowie einen als PI-Regler oder als PID-Regler ausgebildeten Spannungsregler 32. Dem Stromregler 30 wird dabei vom Mikrokontroller ein Soll-Wert I_Soll für den Spulenstrom Is sowie ein Ist-Wert I_ist des anhand einer, beispielsweise einen Shunt-Widerstand umfassenden, Strommesseinrichtung 33 erfassten aktuellen Stroms von der Spule zu Masse zugeführt. Der Soll-Wert I_Soll ist dabei zweckmäßig entsprechend eines auf dem Mikrokontroller hinterlegten Soll-Verlaufs des Spulenstroms Is gewählt.
• Dem Spannungsregler 32 wird vom Mikrokontroller 28 ein Soll-Wert U_Soll für die vom Gleichspannungswandler 22 bereitgestellte Spannung sowie ein Ist-Wert U_ist für diese Spannung zugeführt.
• Der Spannungsregler 32 sowie der Stromregler 30 sind signalübertragungstechnisch mit einem jeweiligen Eingang (nicht weiter dargestellt) des Gleichspannungswandlers 22 verbunden. Somit ist der Gleichspannungswandler 22 anhand der vom Spannungsregler 32 sowie vom Stromregler 30 an diesen ausgegebenen Signale steuerbar oder regelbar.
• Gemäß einer nicht weiter dargestellten Alternative sind der Stromregler 30 und/oder der Spannungsregler 32 in den Mikrokontroller 28 integriert. Der Mikrokontroller 28 ist dann zur Steuerung oder Regelung des Gleichspannungswandlers 22 direkt mit diesem verbunden.
• Der Verbrennungsmotor 12, insbesondere die Ansteuerung dessen Injektors 2, umfasst weiterhin eine Schaltung 34 aus einer Freilaufdiode 34a und einer zu dieser in Serie geschaltete Z-Diode (Zenerdiode) 34b. Diese Schaltung ist dabei parallel zur Spule 6 geschaltet, wobei die Freilaufdiode 34a in Sperrrichtung für einen Strom, der durch die vom Gleichspannungswandler 22 bereitgestellte Spannung bewirkt wird, angeordnet ist. Mit anderen Worten ist die Freilaufdiode 34a kathodenseitig mit dem ersten Spulenende der Spule 6 bzw. mit dem Gleichspannungswandler 22 und anodenseitig mit dem zweiten Spulenende bzw. mit dem Schalter 26 verbunden.
• Wird der Schalter 26 stromsperrend geschaltet, also eine (aktive) Bestromung der Spule 6 beendet, wird von der Spule 6 eine Spannung bzw. ein Strom induziert. Aufgrund dessen wird eine magnetische Kraft auf den Stempel 4 erzeugt wird, welche der Rückstellwirkung des Federelements 16 entgegenwirkt. Folglich ist die als Rücklaufzeit bezeichnete Zeitdauer, welche der Stempel 4 benötigt, um nach Beendigung der Hubbewegung in seine Ausgangsposition zurück verstellt zu werden, entsprechend verlängert. Vorteilhaft wird aufgrund der für den induzierten Strom in Sperrrichtung geschalteten Z-Diode die Stromstärke des induzierten Stroms vergleichsweise schnell kleiner. Mit anderen Worten wird der Betrag der zeitliche Änderung des induzierten Strom erhöht. Mit noch anderen Worten klingt der induzierte Strom schneller aufgrund der Zenerdiode vorteilhaft vergleichsweise schnell ab und die Stempelrücklaufzeit ist entsprechend verkürzt. Mit noch anderen Worten dient die Z-Diode der vergleichsweise schnellen Dissipation der in der Spule 6 gespeicherten Energie.
• In der 3b ist ausschnittsweise der Verbrennungsmotor 12, nämlich die Ansteuerung dessen Injektors, gemäß einer zweiten Variante anhand eines Blockschaltbildes dargestellt. Mit Ausnahme des im Folgenden Dargestellten gelten die Ausführungen zur 3a in analoger Weise.
• Gemäß dieser zweiten Variante umfasst die Steuer- oder Regeleinheit keinen Stromregler. Der Gleichspannungswandler 22 ist also lediglich anhand des Spannungsreglers 32, oder sofern dieser in den Mikrokontroller integriert ist, vom Mikrokontroller 28 angesteuert.
• Für das Einstellen des Spulenstromes Is ist der von der Strommesseinrichtung 33 erfasste Ist-Wert I_ist dem Mikrokontroller 28 zugeführt. Dem Schalter 26 wird dabei vom Mikrokontroller 28 ein PWM-Signal als Steuersignal zugeführt, so dass der Spulenstrom Is entsprechend eines Soll-Wertes I_Soll oder eines vorgegebenen zeitlichen Soll-Verlaufs eingestellt wird.
• Der Verbrennungsmotor 12, insbesondere die Ansteuerung dessen Injektors 2, umfasst weiterhin eine Schaltung 34' mit einer Freilaufdiode 34'a auf, die anhand eines weiteren Schalters 34'b überbrückt werden kann. Mit anderen Worten ist der Schalter 34'b parallel zur Freilaufdiode 34'a geschaltet. Die Freilaufdiode 34'a ist in Analogie zur Ausgestaltung der Schaltung 34 gemäß der 3a kathodenseitig mit dem ersten Spulenende der Spule 6 bzw. mit dem Gleichspannungswandler 22 und anodenseitig mit dem zweiten Spulenende bzw. mit dem Schalter 26 verbunden.
• Geeigneter Weise wird der Schalter 34'b von der Steuer- oder Regeleinrichtung 24, insbesondere von dessen Mikrokontroller 28 angesteuert. Zweckmäßiger Weise wird der Schalter 34'b dann leitend geschaltet, wenn durch die Spule 6 ein Strom induziert wird, und dieser induzierte Strom durch die Freilaufdiode 34'a fließt, und/oder wenn der Schalter 26 stromsperrend geschaltet ist. Durch diese Überbrückung der Freilaufdiode 34'a kann eine Verlustleistung aufgrund einer Erwärmung dieser Freilaufdiode 34'a vorteilhaft vermieden werden.
• Gemäß nicht weiter dargestellter Alternativen der 3a und 3b ist die Gleichspannungsquelle 20 Bestandteil des Verbrennungsmotors. Gemäß einer nicht weiter dargestellten Variante weist der Verbrennungsmotor der 3a die Schaltung 34' gemäß der 3b anstelle der Schaltung 34 auf. Gemäß einer nicht weiter dargestellten Variante weist der Verbrennungsmotor der 3a die Schaltung 34 gemäß der 3a anstelle der Schaltung 34' auf.
• In der 4a sind zeitliche Verläufe des Spulenstroms Is der Spule 6 des Injektors 2 für die Temperaturen T₁ und T₃ der 1 dargestellt. Nach Beginn der Bestromung der Spule 6 zum Zeitpunkt t₁ steigt der Spulenstrom Is im Vergleich zum Spulenstrom Is gemäß der 1 für diese Temperaturen T₁, T₃ schneller an. Hierzu wird die von der Gleichspannungsquelle 20 bereitgestellte Spannung U_Q anhand des Gleichspannungswandlers 22 auf eine Spannung 24 V bis 96 V, insbesondere auf eine Spannung zwischen 36 V bis 72 V, bevorzugt auf 60 V hinaufgesetzt. Diese hinaufgesetzte Spannung wird beispielsweise konstant gehalten, bis der Spulenstrom Is einen vorgegebenen und auf einem Speicher des Mikrokontroller hinterlegten Maximalwert I_max zum Zeitpunkt t_2a für die Temperatur T₁ bzw. zum Zeitpunkt t_2b für die Temperatur T₃ erreicht. Direkt nach Erreichen des Maximalwertes I_max durch den Spulenstrom Is wird dieser anhand der Steuer- oder Regeleinrichtung konstant auf dem Maximalwert I_max für eine, geeigneter Weise auf dem Speicher des Mikrokontrollers 28 hinterlegte, Zeitdauer, also bis zum Bestromungsende zum Zeitpunkt t₃ gehalten. Zusammenfassend wird der Spulenstrom Is auf den vorgegebenen Maximalwert I_max erhöht und bleibt anschließend bis zum Bestromungsende konstant auf diesen Maximalwert I_max eingestellt.
• Hierzu wird für die Zeitdauer zwischen t_2a bzw. t_2b und t₃ der Maximalwert I_max als Soll-Wert I_Soll für den Stromregler 30 und eine zum Einstellen auf den Maximalwert geeignete Soll-Spannung U_Soll an den Spannungsregler 32 vorgegeben, wobei der Schalter 26 stromleitend geschaltet ist (Ausführung gem. 3a). Bei der Ausführung des Verbrennungsmotors 12 gemäß der 3b wird für die Zeitdauer zwischen t_2a bzw. t_2b und t₃ eine zum Einstellen auf den Maximalwert geeignete Soll-Spannung U_Soll an den Spannungsregler 32 vorgegeben, wobei die Soll-Spannung U_Soll für diese Zeitdauer vorzugsweise konstant ist, und wobei der Schalter 26 beispielsweise für diese Zeitdauer durchgehend geöffnet ist.
• Daran anschließend, also nach dem Zeitpunkt t₃ wird der Schalter 26 stromsperrend geschaltet, wobei der in der Spule 6 induzierte Strom abklingt und zum Zeitpunkt t₄ seinen Minimalwert, insbesondere Null (0) erreicht.
• In der 4b ist zum Zwecke einer besseren Verständlichkeit die Warmkurve der 4a, also der zeitliche Verlauf des Spulenstroms Is für die Temperatur T₃ gezeigt. Zusätzlich ist ein zur 4a alternativer, geregelter Spulenstromverlauf Is(t) dargestellt. Nach Beginn der Bestromung der Spule 6 zum Zeitpunkt t₁ steigt der Spulenstrom Is an, ist jedoch stets kleiner oder gleich dem Spulenstromverlauf Is(t) gemäß der Warmkurve. Hierzu wird die von der Gleichspannungsquelle 20 bereitgestellte Spannung anhand des Gleichspannungswandlers 22 zeitweise auf eine Spannung 24 V bis 96 V, insbesondere auf eine Spannung zwischen 36 V bis 72 V, bevorzugt auf 60 V hinaufgesetzt. Dabei wird von der Steuer- oder Regeleinheit 24, insbesondere anhand dessen Mikrokontroller 28, ein Soll-Verlauf für den Spulenstrom Is für die Zeit vom Beginn der Bestromung zum Zeitpunkt t₁ bis zum Ende der Bestromung zum Zeitpunkt t₃ vorgegeben. Dieser Soll-Verlauf entspricht dem dargestellten geregelter Spulenstromverlauf Is(t) und ist deshalb zum Zwecke einer besseren Übersichtlichkeit nicht weiter dargestellt.
• Für den Anstieg des Spulenstroms Is auf dem Maximalwert ist der Soll-Verlauf also derart ausgestaltet, dass dieser unterhalb der Warmkurve verläuft. Der Spulenstrom Is wird anhand eines Ansteuerns des Gleichspannungswandlers 22 durch den Stromregler 30 und durch den Spannungsregler 32 entsprechend des Soll-Verlaufs (Ausführung gemäß 3a) eingestellt, wobei ein dem Soll-Verlauf entsprechender Soll-Wert I_Soll und ein hierzu geeigneter Soll-Wert U_Soll für die Spannung vom Mikrokontroller 28 an den Stromregler 30 bzw. an den Spannungsregler 32 ausgegeben werden. Bei der Ausgestaltung des Verbrennungsmotors 12 gemäß der 3b wird zum Einstellen des Spulenstroms Is entsprechend des Soll-Verlaufs für die Zeitdauer des Stromanstiegs (t₁ bis t_2c) der Schalter 26 mit einem PWM-Signal angesteuert und dem Spannungsregler 32 eine für diesen Soll-Verlauf unter Berücksichtigung der Induktivität der Spule 6 geeignete Soll-Spannung U_Soll vorgegeben. Dabei ist die Soll-Spannung U_Soll für die Zeitdauer zwischen t₁ und t_2c, insbesondere aufgrund der Induktivität der Spule 6, nicht konstant. Die Soll-Spannung U_Soll kann beispielsweise zeitweise auch kleiner sein als die von der Spannungsquelle 20 bereitgestellte Spannung. Folglich ist der Gleichspannungswandler 22 zweckmäßig ein Tief-Hochsetzsteller (Buck-Boost-Converter). Allenfalls wird die Spannung zumindest zeitweise für die Zeitdauer von t₁ bis t_2c zeitweise hochgesetzt, damit im Vergleich zum Spulenstromverlauf gemäß der 1 die zeitliche Änderung des Spulenstroms im Zeitraum von t₁ bis t_2c erhöht ist.
• Anschließend wird nach Erreichen des Maximalwerts I_max durch den Spulenstrom Is der Spulenstrom I_max konstant bis zum Bestromungsende zum Zeitpunkt t₃ auf dem Maximalwert I_max gehalten. Die Ausführungen zur 4a für den Zeitraum von t_2a bis t₄ bzw. t_2b bis t₄ gelten entsprechend für den Spulenstrom Is für den Zeitraum t_2c bis t₄.
• Bei den Spulenstromverläufen Is gemäß den 4a und 4b erfolgt der Vorförderhub und der Förderhub des Stempels im Wesentlichen bei einem Spulenstrom Is mit Maximalwert I_max.
• In der 4c ist eine weiterer alternativer Spulenstromverlauf Is dargestellt. Hierbei wird der Spulenstrom Is zunächst entsprechend eines vorgegebenen Soll-Verlaufs bis auf einen Vorförderhub-Wert I_vor erhöht (t₁ bis t_2d), wobei der Spulenstrom stets unterhalb der Warmkurve verläuft.
• Der Spulenstrom Is bleibt für eine vorgegebene Zeitdauer für den Vorförderhub, auf dem Vorförderhub-Wert I_vor eingestellt (t_2d bis t_2e). Anschließend wird der Spulenstrom Is entsprechend des vorgegebenen Soll-Verlaufs auf den Maximalwert I-_max erhöht (t_2e bis t_2f) und bleibt konstant auf diesem Maximalwert für eine vorgegebene Zeitdauer für den Förderhub eingestellt (t_2f bis t₃). Zusammenfassend weist der zeitliche Verlauf des Spulenstroms Is eine Stufenform auf.
• Hierzu wird für die Zeitdauer von t₁ bis t_2d sowie für die Zeitdauer von t_2e bis t_2f der Spulenstrom Is jeweils anhand eines Ansteuerns des Gleichspannungswandlers 22 durch den Stromregler 30 und durch den Spannungsregler 32 (Ausführung gemäß 3a) entsprechend des Soll-Verlaufs eingestellt, wobei ein dem Soll-Verlauf entsprechender Soll-Wert I_Soll und ein hierzu geeigneter Soll-Wert U_Soll für die Spannung vom Mikrokontroller 28 an den Stromregler 30 bzw. an den Spannungsregler 32 ausgegeben werden. Bei der Ausgestaltung des Verbrennungsmotors 12 gemäß der 3b wird zum Einstellen des Spulenstroms Is entsprechend des Soll-Verlaufs für die Zeitdauer des Stromanstiegs (t₁ bis t_2d bzw. t_2e bis t_2f) der Schalter 26 mit einem PWM-Signal angesteuert und dem Spannungsregler 32 eine für diesen Soll-Verlauf unter Berücksichtigung der Induktivität der Spule 6 geeignete Soll-Spannung U_Soll vorgegeben. Dabei ist die Soll-Spannung U_Soll für die Zeitdauer zwischen t₁ und t_2c, insbesondere aufgrund der Induktivität der Spule 6, nicht konstant. Die Soll-Spannung U_Soll kann beispielsweise zeitweise auch kleiner sein als die von der Spannungsquelle 20 bereitgestellte Spannung.
• Für die Zeitdauern von t_2d bis t_2e und von t_2f bis t₃ für der (Spulen-)Strom Is konstant bei Vorförderhub-Wert I_vor bzw. Maximalwert I_max ist, wird der Vorförderhub-Wert I_vor bzw. Maximalwert I_max jeweils als Soll-Wert I_Soll für den Stromregler 30 und eine zum Einstellen auf den Vorförderhub-Wert I_vor bzw. Maximalwert I_max geeignete Soll-Spannung U_Soll an den Spannungsregler 32 vorgegeben, wobei der Schalter 26 stromleitend geschaltet ist (Ausführung gem. 3a). Bei der Ausführung des Verbrennungsmotors 12 gemäß der 3b wird für die Zeitdauer zwischen von t_2d bis t_2e und für die Zeitdauer von t_2f bis t₃ jeweils eine zum Einstellen auf den Vorförderhub-Wert I_vor bzw. auf den Maximalwert I_max geeignete Soll-Spannung U_Soll an den Spannungsregler 32 vorgegeben, wobei die Soll-Spannung U_Soll für die jeweilige Zeitdauer vorzugsweise konstant ist, und wobei der Schalter 26 beispielsweise für die jeweilige Zeitdauer durchgehend geöffnet ist.
• In den 4b und 4c ist der zeitliche Verlauf des Spulenstroms Is mit eingestelltem, insbesondere geregelter Flanke, also mit eingestelltem, insbesondere geregeltem, Stromanstieg mit dem Bezugszeichen G versehen.
• Bei den Varianten der 4a, 4b und 4c kann der Maximalwert I_max, und/oder die Zeitdauer, für die der Spulenstrom Is auf dem Maximalwert I_max eingestellt ist, für eine zeitlich folgende Bestromung der Spule 6, also für einen weiteren Einspritzvorgang von Kraftstoff in den Luftansaugstutzen geändert, insbesondere entsprechend einer Anforderung an die Kraftstoffmenge und/oder an die Zerstäubung des Kraftstoffes beim Einspritzen eingestellt werden. Mit anderen Worten kann der Maximalwert I_max und/oder die Zeitdauer des Spulenstroms Is mit diesem Maximalwert I_max für unterschiedlich vorgegeben werden.
• Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit den Ausführungsbeispielen beschriebenen Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.
• Bezugszeichenliste

2

Injektor

4

Stempel

6

Spule

8

Einspritzdüse

10

Kraftstoffkammer

12

Verbrennungsmotor

14a,14b

Rückschlagventil

16

Federelement

18

Spannungseingang

20

(Gleich-)Spannungsquelle

22

Gleichspannungswandler

24

Steuer- oder Regeleinrichtung

26

Schalter der Steuer- oder Regeleinrichtung 34,34' Schaltung

28

Mikrokontroller

30

Stromregler

32

Spannungsregler

33

Strommesseinrichtung

34.34`

Schaltung

34a,34'a

Freilaufdiode

34b

Zenerdiode

34'b

Schalter

G

Spulenstromverlauf mit eingestelltem Stromanstieg

Iist

Ist- Wert des Stromes

Imax

Maximalwert für den Spulenstrom

Is

Spulenstrom

ISoll

Soll-Wert für den Spulenstrom

Ivor

Vorförderhub-Wert

T1

Spulenstromverlauf bei einer Spulentemperatur T₁

T2

Spulenstromverlauf bei einer Spulentemperatur T₂

T3

Spulenstromverlauf bei einer Spulentemperatur T₃

t1 bis t4

Zeitpunkt

Uist

Ist-Wert der vom Gleichspannungswandler bereitgestellten Spannung

USoll

Soll-Wert für die vom Gleichspannungswandler bereitgestellte Spannung

UQ

Spannung der Spannungsquelle

Claims (8)

1. Verfahren zum Betrieb eines Verbrennungsmotors (12), der einen als Pumpe-Düse-Injektor ausgebildeten Injektor (2) zur Einspritzung von Kraftstoff aufweist, wobei der Injektor (2) einen Stempel (4) zum Fördern des Kraftstoffes bei einer Hubbewegung sowie eine Spule (6) zur Bewirkung der Hubbewegung aufgrund eines Spulenstroms aufweist, - wobei eine Gleichspannung (U_Q) für den Betrieb des Injektors (2) bereitgestellt wird, und - wobei zur Erhöhung der zeitlichen Änderung des Spulenstrom (Is) zu Beginn der Bestromung der Spule (6) die bereitgestellte Spannung (U_Q) zumindest zeitweise hinaufgesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Spulenstrom (Is) für einen Vorförderhub des Stempels (4), insbesondere konstant, auf einen Vorförderhub-Wert (I_vor) eingestellt wird, und anschließend für den Förderhub auf einen vorgegebenen Maximalwert (I_max) erhöht wird, und anschließend bis zu einem Bestromungsende konstant auf diesen Maximalwert (I_max) eingestellt bleibt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannung (U_Q) auf eine Spannung zwischen 24 V bis 96 V, insbesondere auf eine Spannung zwischen 36 V bis 72 V, bevorzugt auf 60 V hinaufgesetzt wird.
3. Verfahren Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Spulenstrom (Is) bei der Erhöhung auf den Maximalwert (I_max), auf den Vorförderhub-Wert (I_vor), und/oder vom Vorförderhub-Wert (I_vor) auf den Maximalwert (I_max) entsprechend eines vorgegebenen Soll-Verlaufs eingestellt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Maximalwert (I_max) und/oder eine Zeitdauer für die der Spulenstrom (Is) auf dem Maximalwert (I_max) eingestellt ist, entsprechend einer Anforderung an die Kraftstoffmenge und/oder entsprechend einer Anforderung an die Zerstäubung des Kraftstoffes beim Einspritzen eingestellt wird.
5. Verbrennungsmotor (12), aufweisend - einen als Pumpe-Düse-Injektor ausgebildeten Injektor (2) zur Einspritzung von Kraftstoff, wobei der Injektor (2) einen Stempel (4) zum Fördern des Kraftstoffes bei einer Hubbewegung sowie eine Spule (6) zur Bewirkung der Hubbewegung aufgrund eines Spulenstroms aufweist, - eine Spannungsquelle (20), die eine Spannung (U_Q) für den Betrieb des Injektors (2) bereitstellt, oder einen Spannungseingang (18), an welchem die Spannung (U_Q) bereitstellbar ist, wobei zwischen der Spannungsquelle (20) und dem Injektor (2) oder zwischen dem Spannungseingang (18) und dem Injektor (2) ein Gleichspannungswandler (22) geschaltet ist, und - eine Steuer- oder Regeleinrichtung (24) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4.
6. Verbrennungsmotor (12) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleichspannungswandler (22) als Tief-Hochsetzsteller ausgebildet ist.
7. Verbrennungsmotor (12) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- oder Regeleinrichtung (24) einen Stromreger (30) und/oder einen Spannungsregler (32) aufweist, wobei der Gleichspannungswandler (22) anhand des Stromreglers (30) und/oder des Spannungsreglers (32) angesteuert ist.
8. Verbrennungsmotor (12) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, gekennzeichnet durch eine parallel zum Injektor (2) geschaltete Schaltung (34, 34'), - wobei die Schaltung (34) zur Erhöhung der zeitlichen Änderung des Spulenstroms (Is) nach Ende der Bestromung der Spule (6) sowohl eine Freilaufdiode (34a) als auch eine zu dieser in Serie und gegengerichtet geschaltete Z-Diode (34b) zur Dissipation der in der Spule (6) gespeicherten Energie aufweist, oder - wobei die Schaltung (34') eine Freilaufdiode (34'a) und/oder zur Verringerung einer Verlustleistung einen zu dieser parallel geschalteten Schalter (34'b) aufweist.

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