DE19828672A1

DE19828672A1 - Elektromagnetisches Kraftstoffeinspritzventil und Steuerverfahren hierfür

Info

Publication number: DE19828672A1
Application number: DE19828672A
Authority: DE
Inventors: Makoto Yamakado; Yoshio Okamoto; Nobukatsu Arai; Yuzo Kadomukai; Yoshiyuki Tanabe; Yasunaga Hamada; Yasuo Namaizawa; Hiromasa Kubo; Kenji Tabuchi
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Car Engineering Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Automotive Systems Engineering Co Ltd
Priority date: 1997-06-26
Filing date: 1998-06-26
Publication date: 1999-01-07
Also published as: US5992391A; US20020166541A1; US6431155B1; JPH11148439A; US6129073A; US6615805B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Kraft stoffeinspritzung in Verbrennungsmotoren und insbesondere eine Einrichtung und ein Verfahren zum Einspritzen von Kraftstoff durch Öffnen und Schließen eines Kraftstoff durchflußwegs, der zwischen einem Ventilsitz und einem Ventilelement gebildet ist, das durch einen Strom ange trieben wird, der durch Spulen fließt, die in der Kraft stoffeinspritzeinrichtung vorhanden sind.

In einer elektromagnetischen Kraftstoffeinspritzeinrich tung (die im folgenden einfach Einspritzeinrichtung genannt wird) wird ein Kolben, an dem ein Ventilelement befestigt ist, durch eine magnetische Kraft (magnetische Anziehungskraft), die durch eine in der Einspritzeinrich tung vorgesehene, stromdurchflossene Spule erzeugt wird, zurückgezogen und von einem Ventilsitz gelöst, wodurch Kraftstoff eingespritzt wird. Wenn der durch die Spule fließende Strom unterbrochen wird, nimmt die magnetische Anziehungskraft ab, weshalb der Kolben durch die Kraft einer Rückstellfeder, die den Kolben in Ventilschließ richtung zwingt, zurückgepreßt wird. Dadurch wird das Ventil der Einspritzeinrichtung geschlossen. In der obenbeschriebenen Einspritzeinrichtung muß das Ventil einer Öffnungsanforderung oder einer Schließanforderung nahezu ohne Zeitverzögerung folgen, um für die Kraftstoffeinspritzung einen breiten dynamischen Bereich zu erzielen. Der dynamische Bereich hat die Bedeutung eines Bereichs, in dem die Linearität zwischen der Kraft stoffeinspritzmenge und der Ventilöffnungsanforderung- Zeitbreite aufrechterhalten wird und der durch das Ver hältnis der maximalen Einspritzmenge zur minimalen Ein spritzmenge gegeben ist.

Um die Anstiegszeitcharakteristik bei der Ventilöffnung zu verbessern, ist bisher das folgende Verfahren verwen det worden. Durch eine Spannungsaufbauschaltung wird eine Hochspannung erzeugt, wobei durch Anlegen der erzeugten Hochspannung an eine Spule der Einspritzeinrichtung durch die Einspritzeinrichtung für kurze Zeit ein hoher Strom fließt. Beispielsweise ist aus der JP 241137-A (1994) eine Kraftstoffeinspritz-Steuervorrichtung bekannt, in der in einer Treiberschaltung zum Antreiben eines elek tromagnetischen Kraftstoffeinspritzventils eine Span nungsaufbauschaltung vorgesehen ist, wobei die Spannung, die durch Erhöhen der von der externen Stromquelle gelie ferten Spannung von 12 V mittels dieser Spannungsaufbau schaltung auf 70 V erhalten wird, an eine Treiberspule für das elektromagnetische Kraftstoffeinspritzventil angelegt wird.

In der obigen Kraftstoffeinspritz-Steuervorrichtung wird der Erregungsstrom für die Treiberspule in der Weise gesteuert, daß ein Sollwert des Erregungsstroms zu einem anfänglichen Ventilöffnungszeitpunkt, zu dem ein Ventil element aus einem geschlossenen Zustand in einen geöffne ten Zustand bewegt wird (frühe Periode bei der Ventilöff nung und während des Öffnungsprozesses des Ventils) auf einen hohen Wert gesetzt wird und während einer Ventilof fenhalteperiode, in der das Ventilelement im geöffneten Zustand gehalten wird, durch eine Einschalt-/Aus schaltsteuerung der Treiberspule ein niedriger Strom- Sollwert erzeugt wird. Dadurch wird das Ventilansprech verhalten durch Steuern des Erregungsstroms für die Treiberspule auf den hohen Sollwert während der Ventil öffnungsphase und durch Steuern des Erregungsstroms auf den niedrigen Sollwert während der Ventiloffenhalteperi ode verbessert, ferner wird eine Stromverschwendung vermieden und eine Wärmeerzeugung unterdrückt.

Aus der JP 326620-A (1996) ist ein elektromagnetisches Kraftstoffeinspritzventil bekannt, in dem zwei Spulen A und B vorgesehen sind und durch die beiden Spulen A und B während einer im voraus festgelegten Zeitperiode ab dem Beginn des Stromflusses durch die Spulen während des Ventilöffnungsbetriebs ein Strom fließt. Ferner wird nach der im voraus festgelegten Zeitperiode der Stromfluß in die Spule A unterbrochen, so daß nur durch die Spule B weiterhin ein Strom fließt. In diesem elektromagnetischen Kraftstoffeinspritzventil kann durch die Ströme, die während der im voraus festgelegten Zeitperiode nach dem Beginn des Stromflusses durch die Spulen durch beide Spulen A und B fließen, ein starker magnetischer Fluß erzeugt werden, so daß ein schneller Ventilöffnungsbe trieb ausgeführt werden kann. Da ferner ein Ventilelement im Zustand mit geöffnetem Ventil während der Ventiloffen halteperiode lediglich mit einer minimalen Kraft gehalten wird, kann außerdem ein schneller Ventilschließbetrieb ausgeführt werden. Da darüber hinaus nur während der Ventilöffnungsoperationen durch die Spulen ein großer Strom fließt, kann eine Wärmeerzeugung im Einspritzventil unterdrückt werden.

Ferner ist in der Kraftstoffeinspritz-Steuervorrichtung, die aus der obengenannten JP 241137-A (1994) bekannt ist, ein Detektor zur Erfassung des Kraftstofförderdrucks (Kraftstoffdruck) vorgesehen, wobei der hohe Sollwert für den Erregungsstrom oder aber die Steuerperiode, während der der Erregungsstrom den hohen Sollwert annimmt, auf der Grundlage des vom Detektor erfaßten Kraftstoffdrucks eingestellt wird. Dadurch kann eine Verschlechterung der Einspritzleistung des elektromagnetischen Kraftstoffein spritzventils aufgrund von Änderungen des Kraftstoff drucks vermieden werden.

In der Kraftstoffeinspritz-Steuervorrichtung, die aus der obengenannten JP 241137-A (1994) bekannt ist, in der im Kraftstoffeinspritzventil eine einzige Spule vorgesehen ist, wird das Ventilelement durch diese eine Spule vom Beginn des Ventilöffnungsbetriebs zum Ende des Ventilöff nungsbetriebs (Ventilschließbetrieb) durch Halten des Zustand mit geöffnetem Ventils gesteuert.

Es ist notwendig, den Strom durch die Spule abzusenken, um die Wärmeerzeugung und/oder den Stromverbrauch im Kraftstoffeinspritzventil zu reduzieren. Um jedoch eine magnetomotorische Kraft zum Halten des Zustandes mit geöffnetem Ventil mit einem geringen Spulenstrom zu erzielen, muß die Anzahl der Spulenwindungen erhöht werden. Da andererseits die Anstiegszeit des Spulenstroms kurz sein sollte, um das Ansprechverhalten beim Öffnen des Ventils zu verbessern, ist statt der Erhöhung der Anzahl der Spulenwindungen eher eine Erhöhung der an die Spulen angelegten Spannung erforderlich. Das heißt, daß die aus der JP 241137-A (1994) bekannte Kraftstoffein spritz-Steuervorrichtung einen Aufbau besitzt, der in bezug auf die Erzielung sowohl eines schnellen Ansprech verhaltens beim Öffnen des Ventils als auch auf die Erzielung eines geringen Stromverbrauchs während der Ventiloffenhalteperiode in sich widersprüchlich ist, wenn ein und dieselbe Spule gesteuert wird.

Da ferner die obengenannte Spannungsaufbauschaltung teuer ist und Isolationsmaßnahmen für die Hochspannung notwen dig sind, werden die Herstellungskosten bei Verwendung der Spannungsaufbauschaltung erhöht. Um daher die Her stellungskosten zu reduzieren, muß die Einspritzeinrich tung bei niedrigerer Spannung, möglichst mit der Batte riespannung von 12 V und ohne Spannungsaufbauschaltung, arbeiten können. Falls darüber hinaus eine Einspritzein richtung mit einer niedrigeren Spannung betrieben wird, sind weniger Maßnahmen für die Herstellung der Sicherheit erforderlich, ferner wird die Wartung oder die Einstel lung der Einspritzeinrichtung einfacher.

In dem elektromagnetischen Kraftstoffeinspritzventil, das aus der obengenannten JP 326620-A (1996) bekannt ist, sind weder der Aufbau noch die elektromagnetischen Eigen schaften jeder der Spulen A und B offenbart. Wenn ledig lich zwei Spulen vorgesehen sind, ohne daß weitere Maß nahmen ergriffen werden, verhindert ein schnelles An sprechverhalten des Ventilöffnungsbetriebs die Aufrecht erhaltung einer notwendigen minimalen magnetomotorischen Kraft, andererseits bewirkt die stabile Aufrechterhaltung der notwendigen und minimalen magnetomotorischen Kraft eine Begrenzung des schnellen Ansprechverhaltens des Ventilöffnungsbetriebs. Deshalb ist es bei der offenbar ten Anordnung der Spulen schwierig, ein schnelles An sprechverhalten des Ventilöffnungsbetriebs, d. h. eine starke Erhöhung der Ventilelement-Anziehungskraft, zu erzielen, was somit eine künftige Forderung darstellt.

Der Erfindung liegt daher die erste Aufgabe zugrunde, ein elektromagnetisches Kraftstoffeinspritzventil zu schaf fen, bei dem das Ansprechverhalten beim Antreiben eines Ventilelements aus einem Zustand mit geschlossenem Ventil in einen Zustand mit geöffnetem Ventil verbessert ist und bei dem der Zustand mit geöffnetem Ventil stabil und bei niedrigem Stromverbrauch gehalten werden kann.

Der Erfindung liegt die zweite Aufgabe zugrunde, eine elektromagnetische Kraftstoffeinspritzvorrichtung zu schaffen, die einen breiten dynamischen Bereich aufweist und deren Stromverbrauch gering ist.

Der Erfindung liegt die dritte Aufgabe zugrunde, einen Verbrennungsmotor zu schaffen, bei dem selbst bei gerin ger Kraftstoffeinspritzmenge ein stabiler Betrieb auf rechterhalten werden kann.

Der Erfindung liegt die vierte Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Kraftstoffeinspritzsteuerung zu schaffen, mit dem ein schnelles Ansprechverhalten bei niedrigem Stromverbrauch verwirklicht werden kann.

Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß gelöst durch ein elektromagnetisches Kraftstoffeinspritzventil, eine elek tromagnetische Kraftstoffeinspritzvorrichtung, einen Ver brennungsmotor sowie ein Kraftstoffeinspritzsteuerver fahren, die die in den entsprechenden unabhängigen An sprüchen angegebenen Merkmale besitzen. Die abhängigen Ansprüche sind auf zweckmäßige Ausführungen der Erfindung gerichtet.

Die erste Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein elektromagnetisches Kraftstoffeinspritzventil zum Ein spritzen von Kraftstoff durch Öffnen/Schließen eines Kraftstoffdurchflußwegs, mit einem Ventilsitz, einem Ventilelement, mit dem der Kraftstoffdurchflußweg, der zwischen dem Ventilsitz und dem Ventilelement gebildet ist, geöffnet/geschlossen wird, und einer Antriebsein richtung die wenigstens eine Spule zum Antreiben des Ventilelements enthält, wobei
die Antriebseinrichtung eine erste Einrichtung zum Erzeugen einer magnetomotorischen Kraft, die die wenigstens eine Spule enthält, sowie eine zweite Einrich tung zum Erzeugen einer magnetomotorischen Kraft enthält, und
die erste Einrichtung zum Erzeugen einer magneto motorischen Kraft und die zweite Einrichtung zum Erzeugen einer magnetomotorischen Kraft so beschaffen sind, daß die erste Einrichtung eine magnetomotorische Kraft mit einer höheren zeitlichen Änderungsrate als die zweite Einrichtung erzeugt und erhöht.

Ein elektromagnetisches Kraftstoffeinspritzventil gemäß der Erfindung zum Einspritzen von Kraftstoff durch Öff nen/Schließen eines Kraftstoffdurchflußwegs enthält einen Ventilsitz, ein Ventilelement zum Öffnen/Schließen des Kraftstoffdurchflußwegs, der zwischen dem Ventilsitz und dem Ventilelement gebildet ist, sowie eine Antriebsein richtung mit wenigstens einer Spule zum Antreiben des Ventilelements, wobei die Antriebseinrichtung wenigstens eine erste Spule und eine zweite Spule enthält, wobei die Anzahl der Windungen der zweiten Spule größer als die Anzahl der Windungen der ersten Spule ist.

In dem elektromagnetischen Kraftstoffeinspritzventil ist der Drahtdurchmesser des Draht s der ersten Spule größer als der Drahtdurchmesser des Drahts der zweiten Spule.

Ferner enthält ein elektromagnetisches Kraftstoffein spritzventil gemäß der Erfindung zum Einspritzen von Kraftstoff durch Öffnen/Schließen eines Kraftstoffdurch flußwegs einen Ventilsitz, ein Ventilelement zum Öff nen/Schließen des Kraftstoffdurchflußwegs, der zwischen dem Ventilsitz und dem Ventilelement gebildet ist, sowie eine Antriebseinrichtung mit wenigstens einer Spule zum Antreiben des Ventilelements, wobei die Antriebseinrich tung wenigstens eine erste Spule und eine zweite Spule enthält, wobei die erste Spule und die zweite Spule so beschaffen sind, daß, wenn an die erste Spule und an die zweite Spule die gleiche Rechteckspannung angelegt wird, die Anstiegszeit der in der zweiten Spule erzeugten magnetomotorischen Kraft länger als die Anstiegszeit der in der ersten Spule erzeugten magnetomotorischen Kraft ist und ein Sättigungswert des durch die zweite Spule fließenden Stroms kleiner als der Sättigungswert der ersten Spule ist.

Die zweite Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung zum Einspritzen von Kraft stoff durch Öffnen/Schließen eines Kraftstoffdurchfluß wegs, mit einem elektromagnetischen Kraftstoffeinspritz ventil, das einen Ventilsitz, ein Ventilelement zum Öffnen/Schließen des zwischen dem Ventilsitz und dem Ventilelement gebildeten Kraftstoffdurchflußwegs sowie eine Antriebseinrichtung mit wenigstens einer Spule zum Antreiben des Ventilelements enthält, und einer Steuer einrichtung, mit der das elektromagnetische Kraftstoff einspritzventil durch Steuern des durch die wenigstens eine Spule fließenden Stroms gesteuert wird, enthält, wobei
die Antriebseinrichtung eine erste Einrichtung zum Erzeugen einer magnetomotorischen Kraft, die die wenigstens eine Spule verwendet, und eine zweite Einrich tung zum Erzeugen einer magnetomotorischen Kraft enthält,
die Spule und die zweite Einrichtung eine magne tomotorische Kraft in einer Richtung erzeugen, in der sich die von der Spule erzeugte Kraft und die von der zweiten Einrichtung erzeugte Kraft während einer anfäng lichen Ventilöffnungsperiode, in der das Ventilelement aus einem geschlossenen Zustand in einen geöffneten Zustand bewegt wird, gegenseitig verstärken,
die Spule die magnetomotorische Kraft mit einer höheren zeitlichen Änderungsrate als die zweite Einrich tung erhöht und
der durch die Spule fließende Strom während einer Ventiloffenhalteperiode, in der das Ventilelement durch die von der zweiten Einrichtung erzeugte magnetomotori sche Kraft geöffnet gehalten wird, unterbrochen wird.

Eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß der Erfindung zum Einspritzen von Kraftstoff durch Öffnen/Schließen eines Kraftstoffdurchflußwegs enthält ein elektromagneti sches Kraftstoffeinspritzventil mit einem Ventilsitz, einem Ventilelement zum Öffnen/Schließen des Kraftstoff durchflußwegs, der zwischen dem Ventilsitz und dem Ventilelement gebildet ist, sowie eine Antriebseinrich tung mit wenigstens einer Spule zum Antreiben des Ventil elements und eine Steuereinrichtung zum Betätigen des elektromagnetischen Kraftstoffeinspritzventils durch Steuern des durch die Spule fließenden Stroms, wobei die Antriebseinrichtung wenigstens eine erste Spule und eine zweite Spule enthält, die magnetomotorische Kräfte erzeu gen, indem durch die erste Spule und durch die zweite Spule in der gleichen Richtung ein Strom fließt, so daß sich die durch die erste Spule erzeugte Kraft und die durch die zweite Spule erzeugte Kraft zu einem anfängli chen Ventilöffnungszeitpunkt, zu dem das Ventilelement aus dem Zustand mit geschlossenem Ventil in den Zustand mit geöffnetem Ventil bewegt wird, gegenseitig verstär ken, wobei die erste Spule die magnetomotorische Kraft mit einer größeren zeitlichen Änderungsrate als die zweite Spule erhöht, wobei der durch die erste Spule fließende Strom während der Ventiloffenhalteperiode unterbrochen wird, in der das Ventilelement durch die magnetomotorische Kraft geöffnet gehalten wird, die durch den durch die zweite Spule fließenden Strom erzeugt wird.

Die dritte Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Verbrennungsmotor, in den Kraftstoff durch Öff nen/Schließen eines Kraftstoffdurchflußwegs eingespritzt wird, der einen Kraftstofftank, eine Kraftstoffpumpe, die Kraftstoff vom Kraftstofftank fördert und mit Druck beaufschlagt, ein elektromagnetisches Kraftstoffein spritzventil, das Kraftstoff, der durch die Kraftstoff pumpe mit Druck beaufschlagt worden ist, einspritzt und versehen ist mit einem Ventilsitz, einem Ventilelement zum Öffnen/Schließen des zwischen dem Ventilsitz und dem Ventilelement ausgebildeten Kraftstoffdurchflußwegs und einer Antriebseinrichtung mit wenigstens einer Spule zum Antreiben des Ventilelements, sowie eine Steuereinrich tung zum Bestimmen des Kraftstoffeinspritzzeitpunkts und der vom Einspritzventil einzuspritzenden erforderlichen Kraftstoffeinspritzmenge und zum Betätigen des Einspritz ventils durch Steuern des durch die Spule fließenden Stroms enthält, wobei
die Antriebseinrichtung eine erste Einrichtung zum Erzeugen einer magnetomotorischen Kraft, die die wenigstens eine Spule verwendet, und eine zweite Einrich tung zum Erzeugen einer magnetomotorischen Kraft enthält,
die Spule und die zweite Einrichtung eine magne tomotorische Kraft in der gleichen Richtung erzeugen, in der sich die von der Spule erzeugte Kraft und die von der zweiten Einrichtung erzeugte Kraft während einer anfäng lichen Ventilöffnungszeit, in der das Ventilelement aus dem geschlossenen Zustand in den geöffneten Zustand bewegt wird, gegenseitig verstärken,
die Spule die magnetomotorische Kraft mit einer größeren zeitlichen Änderungsrate als die zweite Einrich tung erhöht und
der durch die erste Spule fließende Strom während einer Ventiloffenhalteperiode, in der das Ventilelement durch die von der zweiten Einrichtung erzeugte magnetomo torische Kraft geöffnet gehalten wird, unterbrochen wird.

Ferner enthält ein Verbrennungsmotor gemäß der Erfindung, in den Kraftstoff durch Öffnen/Schließen eines Kraft stoffdurchflußwegs eingespritzt wird, einen Kraftstoff tank, eine Kraftstoffpumpe, die den Kraftstoff vom Kraft stofftank fördert und ihn mit Druck beaufschlagt, ein elektromagnetisches Kraftstoffeinspritzventil zum Ein spritzen des durch die Kraftstoffpumpe mit Druck beauf schlagten Kraftstoffs, das seinerseits einen Ventilsitz, ein Ventilelement zum Öffnen/Schließen des zwischen dem Ventilsitz und dem Ventilelement gebildeten Kraftstoff durchflußwegs besitzt, und eine Antriebseinrichtung mit wenigstens einer Spule zum Antreiben des Ventilelements enthält, sowie eine Steuereinrichtung zum Bestimmen des Kraftstoffeinspritzzeitpunkts und der erforderlichen Kraftstoffeinspritzmenge vom elektromagnetischen Kraft stoffeinspritzventil und zum Betätigen des elektromagne tischen Kraftstoffeinspritzventils durch Steuern des durch die Spule fließenden Stroms, wobei die Antriebsein richtung wenigstens eine erste Spule und eine zweite Spule enthält, die magnetomotorische Kräfte erzeugen, indem durch die erste Spule und durch die zweite Spule ein Strom in der gleichen Richtung fließt, so daß sich die durch die erste Spule erzeugte Kraft und die durch die zweite Spule erzeugte Kraft zu einem anfänglichen Ventilöffnungszeitpunkt, zu dem das Ventilelement aus einem Zustand mit geschlossenem Ventil in einen Zustand mit geöffnetem Ventil bewegt wird, gegenseitig verstär ken, wobei die erste Spule die magnetomotorische Kraft mit einer größeren zeitlichen Änderungsrate als die zweite Spule erhöht und wobei der durch die erste Spule fließende Strom während einer Ventiloffenhalteperiode unterbrochen wird, in der das Ventilelement durch die magnetomotorische Kraft geöffnet gehalten wird, die durch den durch die zweite Spule fließenden Strom erzeugt wird.

In der obigen Kraftstoffeinspritzvorrichtung oder in dem obigen Verbrennungsmotor fließt durch die erste Spule während einer im voraus festgelegten Periode ein Strom in entgegengesetzter Richtung, wenn der durch die erste Spule fließende Strom unterbrochen ist, außerdem fließt durch die erste und/oder die zweite Spule während einer im voraus festgelegten Zeitperiode am Ende des Kraftstoffeinspritz-Anforderungssignals erneut ein Strom in entgegengesetzter Richtung.

In der obigen Kraftstoffeinspritzvorrichtung oder dem obigen Verbrennungsmotor sind ein Kraftstoffdruck-Detek tor zum Erfassen des Drucks des an das elektromagnetische Kraftstoffeinspritzventil geförderten Kraftstoffs und/oder ein Spannungsdetektor zum Erfassen der an die erste Spule angelegten Spannung vorgesehen, wobei die Beziehung zwischen der Zeit, während der der durch die erste Spule fließende Strom unterbrochen ist, und dem Kraftstoffdruck und/oder die Beziehung zwischen der Zeit, während der der durch die erste Spule fließende Strom unterbrochen ist, und der an die Spulen angelegten Span nung in einer Speichereinrichtung in der Steuereinrich tung gespeichert ist und der Zeitpunkt zum Unterbrechen des durch die erste Spule fließende Stroms anhand eines Ausgangssignals vom Detektor und der entsprechenden der obigen Beziehungen bestimmt wird.

Die vierte Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zum Einspritzen von Kraftstoff durch Öff nen/Schließen eines Kraftstoffdurchflußwegs mittels eines Ventilelements eines elektromagnetischen Kraftstoffein spritzventils, das eine erste Einrichtung zum Erzeugen einer magnetomotorischen Kraft und eine zweite Einrich tung zum Erzeugen einer magnetomotorischen Kraft enthält und durch die magnetomotorischen Kräfte, die durch die erste Einrichtung und durch die zweite Einrichtung er zeugt werden, angetrieben wird, wobei der Kraftstoff durchflußweg zwischen dem angetriebenen Ventilelement und einem Ventilsitz, auf dem das Ventilelement aufsitzt, gebildet ist,
wobei das Verfahren die folgenden Schritte enthält:
Erzeugen einer magnetomotorischen Kraft durch wenigstens eine Spule, die als erste Einrichtung zum Erzeugen einer magnetomotorischen Kraft vorgesehen ist, und durch eine zweite Einrichtung zum Erzeugen einer magnetomotorischen Kraft in einer Richtung, in der sich die von der wenigstens einen Spule erzeugte Kraft und die von der zweiten Einrichtung erzeugte Kraft während einer anfänglichen Ventilöffnungszeit, in der das Ventilelement aus einem Zustand mit geschlossenem Ventil in einen Zustand mit geöffnetem Ventil bewegt wird, gegenseitig verstärken, wobei die von der wenigstens einen Spule erzeugte Kraft mit einer größeren zeitlichen Änderungs rate als derjenigen der Kraft, die von der zweiten Ein richtung erzeugt wird, erhöht wird; und
Unterbrechen des Stromflusses durch die wenig stens eine Spule während einer Ventiloffenhalteperiode, in der das Ventilelement durch die von der zweiten Ein richtung erzeugte Kraft geöffnet gehalten wird.

Ferner enthält ein Verfahren zum Einspritzen von Kraft stoff durch Öffnen/Schließen eines Kraftstoffdurchfluß wegs mittels eines Ventilelements eines elektromagneti schen Kraftstoffeinspritzventils, das eine erste Einrich tung zum Erzeugen einer magnetomotorischen Kraft und eine zweite Einrichtung zum Erzeugen einer magnetomotorischen Kraft besitzt und durch die von der ersten Einrichtung erzeugte magnetomotorische Kraft und durch die von der zweiten Einrichtung erzeugte magnetomotorische Kraft angetrieben wird, wobei der Kraftstoffdurchflußweg zwi schen dem angetriebenen Ventilelement und einem Ventil sitz, auf dem das Ventilelement sitzt, gebildet wird, die folgenden Schritte: Erzeugen einer magnetomotorischen Kraft durch Schicken eines Stroms durch wenigstens eine erste Spule und eine zweite Spule in einer Richtung, in der sich die durch die erste Spule erzeugte Kraft und die durch die zweite Spule erzeugte Kraft zu einem anfängli chen Ventilöffnungszeitpunkt, zu dem das Ventilelement aus einem Zustand mit geschlossenem Ventil in einen Zustand mit geöffnetem Ventil angetrieben wird, gegensei tig verstärken; Erhöhen der magnetomotorischen Kraft in der ersten Spule mit einer größeren zeitlichen Änderungs rate im Vergleich zur zweiten Spule; und Unterbrechen des durch die erste Spule fließenden Stroms während einer Ventiloffenhalteperiode, während der das Ventilelement durch die durch die zweite Spule erzeugte magnetomotori sche Kraft geöffnet gehalten wird.

In dem obigen Verfahren zum Einspritzen von Kraftstoff wird der Druck des an das elektromagnetische Kraftstoff einspritzventil geförderten Kraftstoffs erfaßt, wobei eine Zeitperiode, während der der Strom durch die erste Spule fließt, verlängert wird, falls der erfaßte Druck höher als der normale Druck ist.

Darüber hinaus wird in dem obigen Verfahren zum Einsprit zen von Kraftstoff die an die erste Spule angelegte Spannung erfaßt, wobei die Zeitperiode, während der der Strom durch die erste Spule fließt, verlängert wird, falls die erfaßte Spannung niedriger als die normale Spannung ist.

Der im Zusammenhang mit dem obenbeschriebenen elektroma gnetischen Kraftstoffeinspritzventil, der obenbeschriebe nen Kraftstoffeinspritzvorrichtung und dem obenbeschrie benen Kraftstoffeinspritzverfahren verwendete Ausdruck "magnetomotorische Kraft" hat die Bedeutung eines eine Kraft erzeugenden Magnetfeldes, wobei die Kraft dann, wenn für die Erzeugung der magnetomotorischen Kraft eine Spule verwendet wird, anhand eines Werts geschätzt wird, der durch Multiplizieren der Windungen N der Spule mit dem durch die Windungen fließenden Strom I, d. h. anhand des Produkts N.I, erhalten wird. Die obengenannte zweite Einrichtung zum Erzeugen einer magnetomotorischen Kraft erzeugt nur eine magnetomotorische Kraft mit einer im Vergleich zur ersten Einrichtung kleineren zeitlichen Änderungsrate und enthält eine Einrichtung zum Erzeugen einer unveränderlichen, d. h. konstanten, magnetomotori schen Kraft, z. B. einen Permanentmagneten oder eine Spule, die von einem Ventilöffnungsbetrieb bis zu einem Ventilschließbetrieb ununterbrochen von einem konstanten Strom durchflossen wird.

Erfindungsgemäß sind eine erste Einrichtung zum Erzeugen einer magnetomotorischen Kraft, die für ein Ventilelement eine Antriebskraft mit kurzer Anstiegszeit erzeugt, um das Ventilelement aus dem Zustand mit geschlossenem Ventil in den Zustand mit geöffnetem Ventil zu bewegen, und eine zweite Einrichtung zum Erzeugen einer magnetomo torischen Kraft, die eine Antriebskraft erzeugt, um den Zustand mit geöffnetem Ventil bei niedrigem Stromver brauch zu halten, unabhängig vorgesehen. Daher ist es möglich, die Leistung zum Antreiben des Ventilelements aus einem geschlossenen Zustand in einen geöffneten Zustand zu verbessern und den Stromverbrauch zum Halten des Zustandes mit geöffnetem Ventil unabhängig hiervon zu reduzieren.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden deut lich beim Lesen der folgenden Beschreibung zweckmäßiger Ausführungen, die auf die beigefügte Zeichnung Bezug nimmt; es zeigen:

Fig. 1A, 1B eine vertikale Schnittansicht eines elek tromagnetischen Kraftstoffeinspritzventils bzw. eine schematische Darstellung der Ver drahtung einer das Ventil verwendenden Kraftstoffeinspritzvorrichtung gemäß einer ersten Ausführung der Erfindung;

Fig. 2A, 2B die Beziehung zwischen der Anzahl der Spulenwindungen und der erhaltenen magneto motorischen Kraft bzw. die Beziehung zwi schen der Anzahl der Spulenwindung und dem Spulenstrom bei Verwendung eines internen Widerstandes einer Treiberschaltung als Pa rametervariable, wobei die erhaltene magne tomotorische Kraft und der erhaltene Spu lenstrom Werte besitzen, die kurze Zeit nach Anlegen der Spannung von einer Batte rie an die Spule erreicht werden;

Fig. 3A, 3B die Beziehung zwischen der Anzahl der Spulenwindungen und der erhaltenen magneto motorischen Kraft bzw. die Beziehung zwi schen der Anzahl der Spulenwindungen und des Spulenstroms bei Verwendung des inter nen Widerstandes einer Treiberschaltung als Parametervariable, wobei die erhaltene ma gnetomotorische Kraft und der Spulenstrom Werte besitzen, die am Ende einer Standard- Ventilöffnungsanforderungs-Zeitbreite er halten werden;

Fig. 4A-4F zeitliche Änderungen der Spannung und des Stroms in einer Steuerspule und in einer Haltespule, die einem von einer Motorsteu ereinrichtung gemäß der ersten Ausführung der Erfindung ausgegebenen Einspritzsignal entsprechen;

Fig. 5A-5F Graphen ähnlich denjenigen der Fig. 4A-4F, die einem Einspritzsignal mit kurzer Zeit breite entsprechen;

Fig. 6A-6F Graphen ähnlich denjenigen in den Fig. 5A-5F für den Fall, daß ein Strom durch die Haltespule mit einer im voraus festgelegten Zeitverzögerung fließt;

Fig. 7A, 7B eine vertikale Schnittansicht eines elek tromagnetischen Kraftstoffeinspritzventils bzw. eine schematische Darstellung der Ver drahtung einer das Kraftstoffeinspritzven til verwendenden Kraftstoffeinspritzvor richtung gemäß einer zweiten Ausführung der Erfindung;

Fig. 8A-8F Änderungen der Spannung und des Stroms in einer Steuerspule und in einer Haltespule, die einem von einer Motorsteuereinrichtung der zweiten Ausführung der Erfindung ausge gebenen Einspritzsignal entsprechen;

Fig. 9A, 9B eine vertikale Schnittansicht eines elek tromagnetischen Kraftstoffeinspritzventils bzw. eine schematische Darstellung der Ver drahtung einer das Kraftstoffeinspritzven til verwendenden Kraftstoffeinspritzvor richtung gemäß einer dritten Ausführung der Erfindung;

Fig. 10A-10H Änderungen der Spannung und des Stroms in einer Steuerspule (+), einer Steuerspule (-) und einer Haltespule, die einem von ei ner Motorsteuereinrichtung gemäß der drit ten Ausführung der Erfindung aus gegebenen Einspritzsignal entsprechen;

Fig. 11 eine Darstellung von Beispielen kombinier ter Kräfte zur Verwirklichung einer vierten Ausführung der Erfindung;

Fig. 12A, 12B eine vertikale Schnittansicht eines elek tromagnetischen Kraftstoffeinspritzventils bzw. eine schematische Darstellung der Ver drahtung einer das Kraftstoffeinspritzven til verwendenden elektromagnetischen Kraft stoffeinspritzvorrichtung (mit einer Spule) gemäß der vierten Ausführung der Erfindung;

Fig. 13A, 13B eine vertikale Schnittansicht eines elek tromagnetischen Kraftstoffeinspritzventils bzw. eine schematische Darstellung der Ver drahtung einer das Kraftstoffeinspritzven til verwendenden elektromagnetischen Kraft stoffeinspritzvorrichtung (mit zwei Spulen) gemäß der vierten Ausführung der Erfindung;

Fig. 14 die Beziehung zwischen der Zeitbreite eines Einspritzanforderungssignals und der Ein spritzmenge bei Verwendung einer Spulen stromperiode Tp, während der der Strom durch die Steuerspule fließt;

Fig. 15 Betriebszustände der Kraftstoffeinspritz vorrichtung, in denen die Spulenstromperi ode Tc bei normalem Kraftstoffdruck und normaler Batteriespannung optimal einge stellt ist, wenn ein normaler Kraftstoff druck und eine normale Batteriespannung, ein hoher Kraftstoffdruck bzw. eine abge senkte Batteriespannung vorliegen;

Fig. 16A-16C die Wirkungen auf den Spulenstrom und auf die magnetische Anziehungskraft, die durch Verlängern der bei normalem Kraftstoffdruck und normaler Batteriespannung optimal ein gestellten Spulenstromperiode Tc verursacht werden;

Fig. 17 einen schematischen Blockschaltplan eines Beispiels eines Steuersystems für die Spu lenstromperiode Tc für eine Steuerspule ge mäß der Erfindung;

Fig. 18A-18D Beispiele für ein Übertragungsverfahren zum Senden von integrierten Signalinformationen bezüglich der Kraftstoffeinspritzanforde rungs-Zeitbreite Tf, des Zeitpunkts Tc zum Unterbrechen des durch die Steuerspule fließenden Stroms und einer Periode, wäh rend der durch die Steuerspule und durch die Haltespule ein Strom in Rückwärtsrich tung fließt;

Fig. 19 Betriebszustände der Kraftstoffeinspritz vorrichtung für den Fall einer verlängerten Periode Tc, so daß das Ventil, das bei ho hem Kraftstoffdruck oder abgesenkter Batte riespannung in dem in Fig. 15 gezeigten Fall einer festen Periode Tp nicht geöffnet werden kann, geöffnet werden kann; und

Fig. 20 einen schematischen Blockschaltplan zur Erläuterung des Gesamtaufbaus des Verbren nungsmotors gemäß einer Ausführung der Er findung.

Zunächst wird mit Bezug auf Fig. 20 der Gesamtaufbau eines Verbrennungsmotors gemäß einer Ausführung der Erfindung erläutert. Von einem Kraftstofftank 9 wird Kraftstoff mittels einer Kraftstofförderpumpe 4 an eine Kraftstoffpumpe 9 gefördert. Ferner wird der Kraftstoff mit Druck beaufschlagt und über ein Rückschlagventil an ein Kraftstoffeinspritzventil 10 gefördert. Eine Motor steuereinrichtung 1 steuert einen Druckregler 5 und die Kraftstoffpumpe 3 auf der Grundlage des von einem Kraft stoffdrucksensor 7 erfaßten Kraftstoffdrucks, so daß der Kraftstoffdruck auf einen Wert eingestellt wird, der im voraus entsprechend dem Betriebszustand eines Fahrzeugs festgelegt worden ist. Die Motorsteuereinrichtung 1 bestimmt einen Einspritzzeitpunkt und eine Einspritzmenge und schickt ein Einspritzsignal an eine Kraftstoffein spritzventil-Steuerschaltung 100 (die im folgenden als Einspritzsteuerschaltung bezeichnet wird). Das elektroma gnetische Einspritzventil 10 spritzt als Antwort auf das geschickte Einspritzsignal Kraftstoff ein. In dieser Ausführung ist das elektromagnetische Kraftstoffein spritzventil 10 im oberen Teil eines Motorblocks 6 zusam men mit einer Zündkerze 6g vorgesehen, um Kraftstoff direkt in einen Zylinder 6a einzuspritzen. Darüber hinaus sind im oberen Teil des Zylinders 6a ein Luftansaugrohr 6c, ein Lufteinlaßventil 6d, ein Abgasrohr 6e und ein Auslaßventil 6f vorgesehen. Im Zylinder 6a werden ent sprechend der Bewegung eines Kolbens 6e ein Luftansaug prozeß und ein Abgasausstoßprozeß sowie ein Prozeß zur Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemischs ausgeführt. Ferner überwacht die Motorsteuereinrichtung 1 die Span nung einer Batterie 2 unter Verwendung eines Spannungsde tektors 8.

Nun werden mit Bezug auf die Fig. 1A und 1B ein elektro magnetisches Kraftstoffeinspritzventil sowie eine das Kraftstoffeinspritzventil gemäß einer ersten Ausführung der Erfindung verwendende Kraftstoffeinspritzvorrichtung erläutert. Fig. 1A ist eine vertikale Schnittansicht des elektromagnetischen Kraftstoffeinspritzventils (im fol genden als Einspritzeinrichtung bezeichnet), das in Fig. 20 gezeigt ist, während Fig. 1B eine schematische Darstellung der Verdrahtung in der Kraftstoffeinspritz vorrichtung (Einspritzeinrichtung 10 und Einspritzsteuer schaltung 100) ist.

Zunächst wird unter Verwendung von Fig. 1A der Aufbau der Einspritzeinrichtung erläutert.

Die Einspritzeinrichtung 10, an die mit Druck beauf schlagter Kraftstoff von der Kraftstoffpumpe 3 gefördert wird, führt eine Kraftstoffeinspritzung von einer Kraft stoffeinspritzbohrung 190 durch Öffnen/Schließen eines Kraftstoffdurchflußwegs zwischen einem als Ventilelement dienenden Kugelventil 16 und einer Sitzfläche (Ventilsitzfläche) 19, die auf Seiten eines Jochgehäuses 14 ausgebildet ist, aus. Das Kugelventil 16 ist am vorde ren Ende eines Kolbens 15 befestigt, ferner ist in der Nähe der Sitzfläche 19 eine Verwirbelungseinrichtung 17 vorgesehen, die den Kraftstoff in feine Tröpfchen zer stäubt.

Es sind eine Steuerspule 11 und eine Haltespule 12 vorge sehen, die eine Kraft erzeugen, mit der das Kugelventil 16 in der Einspritzeinrichtung 10 angetrieben wird. Wenn durch diese Spulen ein Strom fließt, wird ein magneti scher Fluß erzeugt, der durch einen magnetischen Pfad in einem Magnetkreis verläuft, der durch einen Kern 13, ein Joch 14 und den Kolben 15 gebildet ist. Somit wird zwi schen dem Kolben 15 einerseits und dem Kern 13 sowie dem Joch 14 andererseits eine magnetische Anziehungskraft erzeugt. Durch die erzeugte magnetische Anziehungskraft wird der Kolben 15 zusammen mit dem Kugelventil 16 in einer Richtung bewegt, in der das Kugelventil 16 von der Sitzfläche 19 abgehoben wird, so daß Kraftstoff in den Zylinder 6a eingespritzt wird. Darüber hinaus ist in der Einspritzeinrichtung 10 eine Rückstellfeder 18 eines Federelements vorgesehen, die das Ventil 10 durch Pressen des Kugelventils 16 gegen die Sitzfläche 19 schließt, wenn die magnetische Anziehungskraft, die durch die Steuerspule 11 und durch die Haltespule 12 erzeugt wird, nicht ausgeübt wird.

Zwei Anschlüsse der Steuerspule 11 bzw. der Haltespule 12 sind miteinander verbunden und werden als B-Anschluß verwendet. Der andere Anschluß der Steuerspule 11 und der andere Anschluß der Haltespule 12 werden als C- bzw. als H-Anschluß verwendet. Ferner sind ein Wicklungsweg jeder Spule und die Verdrahtung zwischen den Spulen 11 und 12 und der Batterie 2 so festgelegt, daß, wenn ein positiver Anschluß der Batterie 2 mit dem B-Anschluß verbunden ist und ein negativer Anschluß der Batterie 2 mit dem C- Anschluß und dem H-Anschluß verbunden ist, in der Steuer spule 11 und in der Haltespule 12 Magnetflüsse erzeugt werden, die die gleiche Richtung besitzen (eine Richtung, in der sich der magnetische Fluß durch die Steuerspule 11 und der magnetische Fluß durch die Haltespule 12 gegen seitig verstärken).

Nun wird mit Bezug auf Fig. 1B die Einspritzsteuerschal tung 100 erläutert. Was die Einspritzeinrichtung 10 betrifft, so sind in Fig. 1B nur der Kern 13, die Steuer spule 11 und die Haltespule 12 gezeigt.

An die Einspritzsteuerschaltung 100 wird von der Batterie 2 eine Batteriespannung angelegt, wobei die Steuerschal tung 100 den durch die Steuerspule 11 und durch die Haltespule 12 fließenden Strom auf der Grundlage eines von der Motorsteuereinrichtung 1 geschickten Einspritzsi gnals steuert. In der Einspritzsteuerschaltung 100 sind eine Transistor-EIN/AUS-Schaltung 104 für die Haltespule 12 sowie eine Transistor-EIN/AUS-Schaltung 114 für die Steuerspule 11 vorgesehen, die den Strom durch die Halte spule 12 bzw. durch die Steuerspule 11 steuern. Die Transistor-EIN/AUS-Schaltungen 104 und 114 besitzen gemeinsam Informationen bezüglich des durch die Spulen 12 bzw. 11 fließenden Stroms, die unter Verwendung eines Haltespulenstrom-Erfassungswiderstandes 103 bzw. eines Steuerspulenstrom-Erfassungswiderstandes 113 erfaßt wer den, und geben Spulenstrom-Steuersignale als Antwort auf Ausgangssignale von einer Signalverarbeitungsschaltung 120, die diese anhand des von der Motorsteuereinrichtung 1 geschickten Einspritzsignals und der gemeinsamen Strom informationen erzeugt, in einen Leistungstransistor 102 für die Haltespule 12 bzw. in einen Leistungstransistor 112 für die Steuerspule 11 ein. Falls sowohl der Leistungstransistor 102 für die Haltespule 12 als auch der Leistungstransistor 112 für die Steuerspule 11 auf Durchlaß geschaltet sind, wird die Batteriespannung von der Batterie 2 an die Haltespule 12 und an die Steuerspule 11 angelegt. Die Bezugszeichen 101 und 111 bezeichnen den äquivalenten internen Widerstand der Haltespule 12 und ihrer Treiberschaltung bzw. den äquiva lenten internen Widerstand der Steuerspule 11 und ihrer Treiberschaltung.

Die Steuerspule 11 und die Haltespule 12 besitzen unter schiedliche elektromagnetische Eigenschaften. Der Grund hierfür besteht darin, daß die Spulen 11 und 12 in jeder der Betriebsphasen des Ventilschließens, des Ventilöff nens, des Offenhaltens des Ventils und des erneuten Ventilschließens unterschiedliche Rollen spielen. In der ersten Ausführung wird die Steuerspule 11 ausschließlich in einer Anfangsperiode des Ventilöffnens verwendet, während die Haltespule 12 während der Ventiloffenhaltepe riode verwendet wird. Im folgenden werden Operationen jeder Spule beschrieben.

Die elektromagnetischen Eigenschaften, die für die Spulen 11 und 12 während der Ventilöffnungsoperationen erforder lich sind, sind die folgenden.

Da die Preßlast der Rückstellfeder 18 und der Druck des mit Druck beaufschlagten Kraftstoffs an das Kugelventil 16 angelegt werden, müssen die Spulen 11 und 12 während des Ventilöffnungsbetriebs eine größere elektromagneti sche Anziehungskraft als während der Ventiloffenhaltepe riode erzeugen. Wenn daher die von den Spulen 11 und 12 erzeugte elektromagnetische Anziehungskraft über die Summe aus der Preßlast der Feder 18 und dem Kraftstoff druck erhöht wird, bewegt sich der Kolben 15. Da somit die Anstiegszeit der elektromagnetischen Anziehungskraft die Verzögerung bei der Öffnung des Ventils bestimmt, muß die Anstiegszeit so kurz wie möglich sein.

Fig. 2A zeigt die Beziehung zwischen der Anzahl der Spulenwindungen N (T) und der erhaltenen magnetomotori schen Kraft U (AT) bei Verwendung des internen Widerstan des als Parametervariable, wobei die erhaltene magnetomo torische Kraft ein während einer kurzen Zeit Δt nach Anlegen der Batteriespannung von der Batterie an die Spule erhaltener Kraftwert ist, wobei Δt angenähert gleich der halben Verzögerung der Ventilöffnung in einer gewöhnlichen Einspritzeinrichtung für einen Direktein spritzmotor ist (normalerweise 0,1-0,5 ms). Ferner zeigt

Fig. 2B die Beziehung zwischen der Anzahl der Spulenwin dungen N (T) und dem erhaltenen Spulenstrom I (A) bei Verwendung des internen Widerstandes als Parametervaria ble, wobei die erhaltene magnetomotorische Kraft ein Kraftwert ist, der während einer kurzen Zeit Δt nach Anlegen der Batteriespannung von der Batterie an die Spule erhalten wird.

Die magnetomotorische Kraft wird ausgedrückt durch den Wert U (= N.I), der durch Multiplizieren der Anzahl der Spulenwindungen N (T) mit einem durch die Spule fließen den Strom I (A) erhalten wird und dazu verwendet werden kann, die elektromagnetische Anziehungskraft zu bewerten, die während der kurzen Zeit Δt erhalten werden kann. Falls der interne Widerstand null ist, nehmen eine Induk tivitätskomponente und eine Widerstandskomponente ab, so daß durch die Spule ein großer Strom fließt, wenn die Anzahl der Spulenwindungen abnimmt. Folglich steigt die elektromagnetische Anziehungskraft, die während der kurzen Zeit Δt erhalten werden kann, an. Der Grund hier für besteht darin, daß, obwohl die magnetomotorische Kraft abnimmt, wenn die Anzahl der Spulenwindungen ab nimmt, die Wirkungen eines Stromanstiegs aufgrund der Abnahme der Induktivität der Spule im Vergleich zur Abnahme der magnetomotorischen Kraft bei einer Abnahme der Anzahl der Spulenwindungen zunehmen, da die Indukti vität der Spule zum Quadrat der Anzahl N der Spulenwin dungen proportional ist. Das heißt, um eine große elek tromagnetische Kraft durch Anlegen einer niedrigen Span nung wie etwa der Batteriespannung an die Spule zu erhal ten, ist es im Hinblick auf die Verbesserung des Antwort verhaltens des Ventilöffnens zweckmäßiger, die magnetomo torische Kraft durch Erhöhen des Spulenstroms anstatt der Anzahl der Spulenwindungen zu erhöhen. Da jedoch jede Treiberschaltung tatsächlich einen internen Widerstand besitzt, ist der Maximalwert der erhaltenen magnetomoto rischen Kraft wie in Fig. 2A gezeigt begrenzt, so daß die optimale Anzahl von Spulenwindungen entsprechend dem internen Widerstand der Treiberschaltung unterschiedlich ist.

Ferner wird die Impedanz des Stromflusses nicht nur durch den Widerstand und die Induktivität der Spulen in der Einspritzeinrichtung, sondern auch durch den internen Widerstand in der Steuerschaltung, durch den Widerstand in Schaltvorrichtungen und durch die Abnahme der Batte riespannung beeinflußt. Daher müssen der interne Wider stand in der Steuerschaltung und der Widerstand in den Schaltvorrichtungen soweit wie möglich reduziert werden, ferner muß die Abnahme der Batteriespannung auf einen möglichst kleinen Wert gedrückt werden.

Auf der Grundlage der in Fig. 2A gezeigten elektromagne tischen Eigenschaften einer Spule sind eine Spule, die hauptsächlich für die anfängliche Ventilöffnung verwendet wird, d. h. die Steuerspule 11 dieser Ausführung, und der Leistungstransistor 112 folgendermaßen beschaffen. Zu nächst wird als Draht für die Steuerspule 11 ein Draht mit großem Durchmesser verwendet. Ferner wird durch Verwendung eines Bipolartransistors, eines CMOS-Transi stors oder eines Bi-CMOS-Transistors für den Lei stungstransistor 112 der Einschaltwiderstand des Lei stungstransistors 112 in einem Stromflußzustand redu ziert, darüber hinaus wird der äquivalente interne Wider stand 111 reduziert. Ferner wird die Anzahl der Windungen der Steuerspule 11 entsprechend dem Wert des internen Widerstandes 111, der durch den obenerwähnten Aufbau festgelegt ist, angenähert als ein Wert bestimmt, mit dem die maximale magnetomotorische Kraft erhalten werden kann. Wenn beispielsweise angenommen wird, daß der in terne Widerstand der Treiberschaltung 0,2 Ω beträgt, ist es günstig, die Anzahl der Windungen auf 30 T (Windungen) zu setzen.

Falls ein Draht mit kleinerem spezifischen Widerstand verwendet werden kann, kann selbstverständlich der Durch messer des für die Steuerspule 11 verwendeten Drahts verringert werden.

Wenn eine Steuerspule 11 mit der wie oben beschrieben bestimmten Windungsanzahl verwendet wird, kann eine Steuerspule 11 verwirklicht werden, deren zeitliche Änderungsrate der magnetomotorischen Kraft groß ist, d. h., deren Anstiegsansprechverhalten ausgezeichnet ist. Somit kann mit diesem verwirklichten ausgezeichneten Ansprechverhalten die während des Öffnens des Ventils verstreichende Zeit reduziert werden.

Im folgenden werden die elektromagnetischen Eigenschaften beschrieben, die für die Haltespule 12 während der Ven tiloffenhalteperiode erforderlich sind.

Fig. 3A zeigt eine Beziehung zwischen der Anzahl der Spulenwindungen N (T) und der erhaltenen magnetomotori schen Kraft U (AT) bei Verwendung des internen Widerstan des einer Treiberschaltung als Parametervariable, wobei die erhaltene magnetomotorische Kraft ein Kraftwert ist, der während einer definierten Zeit Th nach Anlegen der Batteriespannung von einer Batterie an die Spule erhalten wird, wobei Th die Standardzeitbreite einer Ventilöff nungsanforderung für eine normale Einspritzeinrichtung für einen Direkteinspritzungsmotor ist (normalerweise ungefähr 1 ms). Ferner zeigt Fig. 3B die Beziehung zwi schen der Anzahl der Spulenwindungen N (T) und dem erhal tenen Spulenstrom I (A), wobei der interne Widerstand einer Treiberschaltung als Parametervariable verwendet wird, wobei der Spulenstrom ein Stromwert ist, der für die definierte Zeit Th nach Anlegen der Batteriespannung von der Batterie an die Spule erhalten wird.

Normalerweise kann der Zustand mit geöffnetem Ventil mit einer kleineren magnetomotorischen Kraft als diejenige, die bei einer Ventilöffnungsoperation erforderlich ist, gehalten werden. Der Grund hierfür besteht darin, daß, da nach dem Öffnen des Ventils Kraftstoff eingespritzt wird, der Druck vor und hinter dem Kugelventil 16 im wesentli chen gleich ist und die Preßkraft aufgrund des Kraft stoffdrucks abnimmt; darüber hinaus nimmt die magnetische Flußdichte im Luftspalt zwischen dem Kolben 15, dem Kern 13 und dem Joch 14 zu, da der Luftspalt abnimmt, so daß die erzeugte magnetomotorische Kraft effektiv genutzt werden kann. Ferner nimmt bei Ventilschließoperationen die während der Ventiloffenhalteperiode erzeugte magneto motorische Kraft aufgrund der Unterbrechung der an die Haltespule 12 angelegten Spannung ab, so daß die elektro magnetische Kraft abnimmt. Wenn ferner die elektromagne tische Kraft unter die Preßlast der Rückstellfeder 18 abnimmt, beginnt das Ventil eine Schließbewegung. Falls die während der Ventiloffenhalteperiode erzeugte magneto motorische Kraft zu groß ist, bewirkt sie beim Schließen des Ventils eine größere Verzögerung. Daher ist es not wendig, das Ventil während der Ventiloffenhalteperiode mit einer niedrigen magnetomotorischen Kraft in der Umgebung des Grenzwertes, der zum Offenhalten des Ventils erforderlich ist, zu halten.

Wenn beispielsweise angenommen wird, daß die während der Ventiloffenhalteperiode erforderliche magnetomotorische Kraft 300 AT beträgt, wird die magnetomotorische Kraft dann, wenn die Windungsanzahl der Haltespule 12 mehr als 10 T und weniger als 200 T beträgt und der interne Wider stand in der Treiberschaltung 0,4 Ω ist, viel größer als die notwendige magnetomotorische Kraft. Wie in Fig. 3B gezeigt ist, bewirkt, da der Spulenstrom weit über 20 Ampère liegt, falls die Windungsanzahl geringer als 10 T ist, eine Fortsetzung dieses Spulenstroms durch die Haltespule 12 während der Ventiloffenhalteperiode ein Durchbrennen der Spule 12. Daher ist eine Windungsanzahl von weniger als 10 T unpraktisch. Falls andererseits die Windungsanzahl größer als 200 T ist, wird die Verzögerung bei der Ventilschließung groß, da der durch die Halte spule 12 fließende Strom wegen der großen Induktivität selbst dann nicht schnell abnimmt, wenn die an die Halte spule 12 angelegte Spannung unterbrochen wird.

Wie in Fig. 3A gezeigt ist, beträgt die magnetomotorische Kraft, die der Windungsanzahl von ungefähr 10 T ent spricht, 300 AT, falls der interne Widerstand der Trei berschaltung ungefähr 4 Ω beträgt. Weiterhin fließt bei dieser Kombination aus einer Windungsanzahl 10 und einem internen Widerstand von 4 Ω ein Strom von ungefähr 3 Ampère durch die Haltespule 12, wobei dieser Stromwert vernünftig ist. Auf der Grundlage der in den Fig. 3A und 3B gezeigten Spuleneigenschaften sind eine Spule, die hauptsächlich während der Ventiloffenhalteperiode verwen det wird, also in dieser Ausführung die Haltespule 12, sowie der Leistungstransistor 102 folgendermaßen aufge baut. Zunächst ist es nicht notwendig, für den Draht, aus dem die Haltespule 12 gebildet ist, einen Draht mit besonders kleinem Durchmesser zu verwenden, vielmehr muß der Durchmesser des Drahts lediglich so gewählt werden, daß er Vorrang gegenüber einem Raumfaktor in der Ein spritzeinrichtung, der für die Haltespule 12 erforderlich ist, besitzt. Ferner ist es notwendig, insbesondere den Einschaltwiderstand des Leistungstransistors 102 zu reduzieren, wobei, falls die Summe aus dem Einschaltwi derstand und dem Widerstand der Haltespule 12 nicht ausreicht, zum Widerstand der Haltespule ein Strombegren zungswiderstand hinzugefügt wird. Ferner wird die Win dungsanzahl, die zum Halten eines Zustandes mit geöffne tem Ventil erforderlich ist, entsprechend dem Widerstand der Haltespule 12 bestimmt, der seinerseits wie oben beschrieben bestimmt wird. Durch Bestimmen der Windungs anzahl der Haltespule 12 wie oben beschrieben ist es möglich, eine Haltespule 12 aufzubauen, bei der die zeitliche Änderungsrate der magnetomotorischen Kraft während des Ventilöffnungsbetriebs kleiner als diejenige der Steuerspule 11 ist. Dadurch kann der durch die Halte spule 12 während der Ventiloffenhalteperiode fließende Strom reduziert werden, ferner kann die während des Schließens des Ventils verstreichende Zeit reduziert werden.

Das heißt, während der Ventiloffenhalteperiode ist es wünschenswert, die Stromsättigungscharakteristik einer Spule auszunutzen, die in einem Sättigungsverfahren genutzt wird, bei dem eine Stromsteuerschaltung nicht erforderlich ist. Da in dieser Spule die Windungsanzahl groß ist, ist der zum Offenhalten des Ventils verbrauchte Strom gering.

Da wie oben beschrieben die elektromagnetischen Eigen schaften, die für eine Spule für die Ventilöffnungsopera tion erforderlich sind, im Gegensatz zu jenen stehen, die für eine Spule zum Offenhalten des Ventils erforderlich sind, ist es sehr schwierig, eine Spule und die zugehö rige Treiberschaltung zu verwirklichen, die die beiden oben erläuterten Typen von elektromagnetischen Eigen schaften erfüllen. Es könnte als Möglichkeit angesehen werden, eine solche Spule und die zugehörige Treiber schaltung durch Anlegen einer Hochspannung an eine Spule mit geringer Windungsanzahl und durch Steuern der Spule unter Verwendung eines komplizierten Stromsteuerverfah rens zu verwirklichen. Dieser Lösungsversuch ist jedoch unmöglich, falls eine niedrige Spannung wie etwa die Batteriespannung verwendet werden soll, so daß es notwen dig ist, die Spule durch eine einfache und billige Steu erschaltung zu steuern.

In dieser Ausführung wird als Steuerspule 11 eine Spule mit den elektromagnetischen Eigenschaften verwendet, die für Ventilöffnungsoperationen erforderlich sind; für die Haltespule wird jedoch eine Spule mit elektromagnetischen Eigenschaften verwendet, die während der Ventiloffenhal teperiode erforderlich sind. Dadurch kann durch einfaches Umschalten des Stromflusses zwischen der Steuerspule 11 und der Haltespule 12 in jeder der Phasen des Kraftstoff einspritzbetriebs ein nahezu ideales Betriebsverhalten für das Kraftstoffeinspritzventil verwirklicht werden.

Bei der Anordnung der Steuerspule 11 und der Haltespule 12 am Kern 13 und am Joch 14 ist es ferner wünschenswert, die Steuerspule 11 näher am Kolben 15 anzuordnen. Der Grund hierfür besteht darin, daß es, da die maximale Dichte des magnetischen Flusses in der Nähe einer Spule in dem aus dem Kern 13, dem Joch 14 und dem Kolben 15 gebildeten Magnetkreis auftritt, wirksamer ist, die Steuerspule 11, in die in einer Anfangsperiode des Ventilöffnungsbetriebs ein großer Strom schnell eingege ben wird, in der Nähe des Kolbens 15 anzuordnen.

Im folgenden wird ein Verfahren zum Antreiben der Ein spritzeinrichtung 10 mit der Einspritzsteuerschaltung 100 gemäß der ersten Ausführung erläutert. Das Antriebsver fahren, das im folgenden erläutert wird, ist für einen normalen Betriebszustand ohne Abnahme der Spulentreiber spannung, ohne Anstieg des Widerstandes aufgrund eines Anstiegs der Spulentemperatur, ohne Anstieg der Druck kraft auf das Ventilelement, die durch eine Erhöhung des Kraftstoffdrucks hervorgerufen wird, und dergleichen, vorgesehen. Ferner ist dieses Ansteuerungsverfahren unter den Bedingungen, daß eine Steuerung mit konstantem Kraft stoffdruck ausgeführt wird und als Spannungstreiberver fahren ein Spannungserhöhungsverfahren verwendet wird und ferner die Spulen mit geringer Spannungsstörung angesteu ert werden, ausreichend wirksam.

Die Fig. 4A-4F zeigen Änderungen der Spannung und des Stroms in der Steuerspule 11 und in der Haltespule 12, die einem von der Motorsteuereinrichtung 1 gemäß der ersten Ausführung der Erfindung ausgegebenen Einspritzsi gnal entsprechen.

Falls das Einspritzsignal in die Einspritzsteuerschaltung 100 eingegeben wird, werden von der Einspritzsteuerschal tung 100 ein Steuerspulen-Steuersignal und ein Haltespu len-Steuersignal ausgegeben. Ferner werden der Lei stungstransistor 112 für die Steuerspule 11 und der Leistungstransistor 102 für die Haltespule 12 auf Durch laß geschaltet, weiterhin wird die Spannung von der Batterie 2 an die Steuerspule 11 und an die Haltespule 12 angelegt. Somit fließt durch die Steuerspule 11 und durch die Haltespule 12 ein Strom, wodurch ein magnetischer Fluß erzeugt wird.

Da die zeitliche Änderungsrate der magnetomotorischen Kraft in der Steuerspule wie oben erwähnt groß ist, steigt ein durch die Steuerspule 11 fließender Strom schneller als der durch die Haltespule 12 fließende Strom an. Da darüber hinaus durch beide Spulen ein Strom fließt, kann während der Anfangsperiode des Ventilöff nungsbetriebs eine große magnetomotorische Kraft erhalten werden. Da die in Ventilöffnungsrichtung erzeugte magne tische Anziehungskraft auf den Kolben 15 in einer frühen Periode wirkt und das Intervall zwischen dem Beginn des Anlegens der Spannung an die Spulen und dem Zeitpunkt, zu dem die magnetische Anziehungskraft die Summe aus dem Kraftstoffdruck und der festgesetzten Last der Rückstell feder 18 übersteigt, reduziert wird, wird die Zeitverzö gerung bei der Ventilöffnung reduziert.

Da wie oben erwähnt in der Steuerschaltung 11 die zeitli che Änderungsrate der magnetomotorischen Kraft groß ist und ihr interner Widerstand klein ist, kann bei fortge setztem Stromfluß durch die Steuerspule 11 nach dem Öffnen des Ventils durch die Spule 11 ein Überstrom fließen, so daß es möglich ist, daß die Spule 11 durch brennt. Da ferner die magnetische Anziehungskraft nicht höher als erforderlich zu sein braucht und eine höhere magnetische Anziehungskraft eine größere Verzögerung beim Schließen des Ventils hervorrufen würde, wenn das Ventil aus dem Zustand mit geöffnetem Ventil wieder geschlossen werden soll, sollte der durch die Steuerspule 11 flie ßende Strom unterbrochen werden.

Für die Bestimmung des Zeitpunkts zum Unterbrechen des Stroms zählt die Signalverarbeitungsschaltung 120 die Zeit, die seit dem Beginn des Ventilöffnungsvorgangs verstrichen ist, wobei die Schaltung 120 dann, wenn die verstrichene Zeit eine im voraus festgelegte Zeit Tp erreicht, an den Leistungstransistor 112 für die Steuer spule 11 ein AUS-Signal schickt. Falls andererseits der durch die Steuerspule 11 fließende Strom, der am Steuer strom-Erfassungswiderstand 113 als Spannungsabfall erfaßt wird, einen im voraus festgelegten Stromwert I_max er reicht, schickt die Schaltung 120 an den Leistungstransi stor 112 für die Steuerspule 11 ebenfalls ein AUS-Signal. Darüber hinaus ist es möglich, den Strom durch die Steu erspule 11 dadurch zu unterbrechen, daß dem von der Motorsteuereinrichtung 1 ausgegebenen Einspritzsignal ein Stromunterbrechungszeit-Befehlssignal hinzugefügt wird und daß das modifizierte Einspritzsignal an die Signalverar beitungsschaltung 100 geschickt wird, die das geschickte modifizierte Einspritzsignal weiter verarbeitet und zum ermittelten Stromunterbrechungszeitpunkt ein AUS-Signal aus gibt.

Wie später erläutert wird, wird im Hinblick auf eine Berücksichtigung von Störungen wie etwa einer Abnahme der Spulentreiberspannung, einer Zunahme des internen Wider stands aufgrund eines Anstiegs der Spulentemperatur sowie einer Zunahme der Preßkraft auf das Ventilelement auf grund eines Anstiegs des Kraftstoffdrucks und dergleichen das zuletzt genannte Stromunterbrechungszeit-Bestimmungs verfahren verwendet.

Andererseits wird der Stromfluß in die Haltespule 12 fortgesetzt. Da der gesamte interne Widerstand der Halte spule 12 und ihrer Steuerschaltung groß ist, wie oben erläutert worden ist, wird der durch die Haltespule 12 fließende Strom begrenzt, so daß nur der zum Halten des Zustandes mit geöffnetem Ventil notwendige und ausrei chende Strom in die Haltespule 12 fließt. Dadurch ist es möglich, für die Haltespule 12 eine kleine magnetomotori sche Kraft zu setzen, da der größte Teil der zum Öffnen des Ventils erforderlichen magnetomotorischen Kraft in der Anfangsperiode des Ventilöffnungsbetriebs durch die Steuerspule 11 erzeugt wird.

Das Anlegen der Spannung an die Haltespule 12 wird an der Abstiegsflanke des von der Motorsteuereinrichtung 1 ausgegebenen Einspritzsignals unterbrochen. Da nur ein notwendiger und ausreichender Strom durch die Haltespule 12 fließt, nimmt der Strom schnell ab, so daß auch der auf den Kolben 15 wirkende magnetische Fluß schnell abnimmt, wodurch die Verzögerung beim Schließen des Ventils reduziert werden kann.

Da in dieser Ausführung zwei Arten von Spulen, wovon jede eine elektromagnetische Charakteristik besitzt, die in der entsprechenden Ventilöffnungsbetrieb-Phase erforder lich ist, verwendet werden, kann eine im wesentlichen ideale Anfangs- und Endleistung des Ventilbetriebs ver wirklicht werden, ohne daß an die Spulen eine hohe Span nung angelegt wird oder daß eine komplizierte Steuer schaltung erforderlich ist. Ferner ist es möglich, einen breiten dynamischen Bereich für die Einspritzeinrichtung zu erzielen, was eine hohe Leistung der Einspritzeinrich tung bedeutet.

Um den dynamischen Bereich zu erweitern, muß die minimale Einspritzmenge soweit wie möglich abgesenkt werden. Die Einspritzmenge wird durch die EIN-Zeitbreite des Ein spritzsignals gesteuert, die auf eine kurze Breite redu ziert werden muß, um die minimale Einspritzmenge zu erzeugen. Obwohl eine Verzögerung beim Öffnen oder Schließen des Ventils soweit reduziert werden sollte, daß sie der kurzen EIN-Zeitbreite entspricht, treten, falls die erste Ausführung auf den Ventilbetrieb mit einem Einspritzsignal mit sehr kurzer EIN-Zeitbreite angewendet wird, möglicherweise die in den Fig. 5A-5F gezeigten Phänomene auf.

Obwohl der Stromfluß durch die Steuerspule 11 zum Zeit punkt Tp unterbrochen wird, wird der Stromfluß durch die Haltespule 12 über den Zeitpunkt Tp hinaus fortgesetzt, bis das Einspritzsignal endet, was einer Ventilschließan forderung gleichkommt. Da bei Beginn des Ventilschließ vorgangs der magnetische Fluß sehr schnell abfällt, wenn der durch jede der Spulen 11 und 12 fließende Strom abnimmt, ist ein niedrigerer durch die Spulen 11 und 12 fließender Strom zur Reduzierung der Verzögerung beim Schließen des Ventils wirksamer. Da die Abnahmerate der magnetomotorischen Kraft in der Haltespule 12 kleiner als in der Steuerspule ist, ist es insbesondere wünschens wert, den durch die Haltespule 12 fließenden Strom so niedrig wie möglich einzustellen, damit er die Minimalan forderung erfüllt.

Das obenerwähnte Ziel der Erweiterung des dynamischen Bereichs kann durch Einstellen der elektromagnetischen Eigenschaften der Steuerspule 11 und durch Verwenden eines Verfahrens zur Steuerung des Stroms durch die Haltespule, wovon ein Beispiel in den Fig. 6A-6F gezeigt ist, erreicht werden.

Die elektromagnetischen Eigenschaften der Haltespule 12 werden in der Weise bestimmt, daß die Summe aus der magnetomotorischen Kraft der Steuerspule 11 und derjeni gen der Haltespule 12, die kurze Zeit nach Anlegen der Spannung an die Steuerspule 11 erhalten werden, aus reicht, um das Ventil zu öffnen. Wie in den Fig. 6D-6F gezeigt ist, ist es nicht notwendig, den Stromfluß durch die Haltespule 12 gleichzeitig mit der Eingabe des Ein spritzsignals zu beginnen, statt dessen ist es ausrei chend, den Beginn des Stromflusses durch die Haltespule 12 um Tdh zu verzögern, wodurch der Pegel des Ge samtstroms, der erreicht wird, bis der durch die Steuer spule 11 fließende Strom abzunehmen beginnt, im Vergleich zu dem Fall, in dem der Strom durch die Haltespule 12 gleichzeitig mit der Eingabe des Einspritzsignals be ginnt, reduziert werden kann. Wie oben erwähnt worden ist, kann durch Verzögern des Beginns des Stromflusses durch die Haltespule 12 der Pegel des Gesamtstroms bei der Abstiegsflanke des Einspritzsignals reduziert werden, mit anderen Worten, der Pegel des Gesamtstroms kann zu dem Zeitpunkt, zu dem das Schließen des Ventils erforder lich ist, gesenkt werden. Dadurch kann eine Verzögerung beim Schließen des Ventils reduziert werden.

Im folgenden wird eine zweite Ausführung der Erfindung erläutert. Fig. 7A zeigt eine vertikale Querschnittsan sicht einer Einspritzeinrichtung 20 gemäß der zweiten Ausführung der Erfindung, während Fig. 7B einen schemati schen Blockschaltplan der Verdrahtung für die Einspritz einrichtung 20 und für die Einspritzsteuerschaltung 200 zum Steuern der Einspritzeinrichtung 20 zeigt.

In der Einspritzeinrichtung 20 gemäß der zweiten Ausfüh rung und in der Einspritzeinrichtung 10 gemäß der ersten Ausführung ist die Verdrahtung nur geringfügig verschie den, ferner sind die elektromagnetischen Eigenschaften der Steuerspule und der Haltespule gleich. Daher ist die Leistung der Einspritzeinrichtung 20 derjenigen der Einspritzeinrichtung 10 gemäß der ersten Ausführung ähnlich.

Ein Anschluß und ein weiterer Anschluß der Steuerspule 11 sind mit C₊ bzw. C₋ bezeichnet, während ein Anschluß und ein weiterer Anschluß der Haltespule 12 mit H₊ bzw. H₋ bezeichnet sind. Ferner sind die Wicklungsrichtung jeder Spule und die Verdrahtung zwischen den Spulen 11 und 12 und der Batterie 2 in der Weise festgelegt, daß, falls ein positiver Anschluß der Batterie 2 mit jedem der (+)- Anschlüsse der Spulen verbunden ist und ein negativer Anschluß der Batterie 2 mit jedem der (-)-Anschlüsse der Spulen verbunden ist, der magnetische Fluß, der in der Steuerspule 11 und in der Haltespule 12 erzeugt wird, die gleiche Richtung besitzt.

Nun wird Fig. 7B erläutert. Von der Einspritzeinrichtung 20 sind nur ein Kern 23, eine Steuerspule 21 und eine Haltespule 22 gezeigt.

An die Einspritzsteuerschaltung 200 wird von der Batterie 2 eine Batteriespannung angelegt, wobei die Steuerschal tung 200 den durch die Steuerspule 21 und durch die Haltespule 22 fließenden Strom anhand eines von der Motorsteuereinrichtung 1 geschickten Einspritzsignals steuert. In der Einspritzsteuerschaltung 200 sind Transi stor-EIN/AUS-Schaltungen 222-225 für die Haltespule 22 und Transistor-EIN/AUS-Schaltungen 232-235 für die Steu erspule 12 vorgesehen, um den durch die Steuerspule 11 bzw. durch die Haltespule 12 fließenden Strom zu steuern. Jede Transistor-EIN/AUS-Schaltung besitzt die gleichen Informationen bezüglich des durch die Spule 12 und bezüg lich des durch die Spule 11 fließenden Stroms, die unter Verwendung eines Haltespulenstrom-Erfassungswiderstandes 241 bzw. eines Steuerspulenstrom-Erfassungswiderstandes 242 erfaßt werden. Ferner gibt jede Transistor-EIN/AUS- Schaltung in einen entsprechenden der Leistungstransisto ren 202-205 für die Haltespule 22 und in einen entspre chenden der Leistungstransistoren 212-215 für die Steuer spule 21 als Antwort auf jedes Ausgangssignal von einer Signalverarbeitungsschaltung 220, das anhand des von der Motorsteuereinrichtung 1 geschickten Einspritzsignals und der gemeinsamen Strominformationen erzeugt wird, ein Spulenstrom-Steuersignal ein (zur Veranschaulichung ist die Verdrahtung zwischen den Stromerfassungswiderständen, den Transistor-EIN/AUS-Schaltungen und der Signalverar beitungsschaltung 220 weggelassen).

Durch Verwendung der obenerwähnten Schaltung und der obenerwähnten Verdrahtung ist es möglich, irgendeine der Spannungen in Ventilöffnungsrichtung und die entgegenge setzte Spannung in der zur Ventilöffnungsrichtung entge gengesetzten Richtung entweder an die Steuerspule 21 oder an die Haltespule 22 anzulegen. Was die Haltespule 22 betrifft, so ist, falls die Leistungstransistoren 202 und 205 für die Haltespule 22 auf Durchlaß geschaltet werden, der H₊-Anschluß mit dem positiven Anschluß der Batterie 2 verbunden, während der H₋-Anschluß mit dem negativen Anschluß der Batterie 2 verbunden ist. Folglich fließt ein Strom vom H₊-Anschluß zum H₋-Anschluß. Falls hingegen die Leistungstransistoren 203 und 204 für die Haltespule 22 auf Durchlaß geschaltet werden, ist der H₋-Anschluß mit dem negativen Anschluß der Batterie 2 verbunden, während der H₊-Anschluß mit dem positiven Anschluß der Batterie 2 verbunden ist. Dadurch fließt ein Strom in der zum ersten Fall entgegengesetzten Richtung.

Die Steuerung der Stromflußrichtung durch die Steuerspule 21 kann ähnlich wie die obige Steuerung der Strom flußrichtung durch die Haltespule 22 ausgeführt werden.

Wenn ein Strom vom H₊-Anschluß zum H₋-Anschluß fließt und wenn die Leistungstransistoren 203 und 204 für die Halte spule 22 sperren, wird die inverse Spannung, die den Strom zwangsläufig absenkt, an die Haltespule 22 ange legt. Eine ähnliche Operation wie die obige für die Haltespule 22 kann auch für die Steuerspule 21 ausgeführt werden. Durch Verwenden der Einspritzsteuerschaltung 200 gemäß der zweiten Ausführung der Erfindung kann der in die Steuerspule 21 und in die Haltespule 22 fließende Strom schnell abgesenkt werden, indem an jede dieser Spulen die inverse Spannung angelegt wird, die außerdem den in jeder Spule erzeugten magnetischen Fluß schnell absenkt. Somit ist die Ausführung in bezug auf die Redu zierung einer Verzögerung beim Schließen des Ventils sehr wirksam.

Die Steuerspule 21 und die Haltespule 22 sind vom Kern 23 und vom Joch 24 umgeben. Die den Kolben 15 anziehende magnetische Anziehungskraft wird durch den magnetischen Fluß erzeugt, der durch einen magnetischen Pfad in einem Magnetkreis verläuft, der aus dem Kern 23, dem Joch 24 und dem Kolben 25 aufgebaut ist. Falls die (+)-Anschlüsse der Spulen 21 und 22 an den positiven Anschluß der Batte rie 2 angeschlossen sind und die (-)-Anschlüsse der Spulen 21 und 22 an den negativen Anschluß der Batterie 2 angeschlossen sind, wird in den Spulen 21 und 22 ein magnetischer Fluß in derselben Richtung erzeugt, so daß sich der in der Steuerspule 21 erzeugte magnetische Fluß und der in der Haltespule 22 erzeugte magnetische Fluß gegenseitig verstärken.

Falls andererseits beispielsweise der (-)-Anschluß der Spule 21 an den positiven Anschluß der Batterie 2 ange schlossen ist und der (+)-Anschluß der Spule 22 an den negativen Anschluß der Batterie 2 angeschlossen ist, besitzt der in der Steuerspule 21 erzeugte magnetische Fluß eine Richtung, die zu derjenigen des in der Halte spule 22 erzeugten Flusses entgegengesetzt ist, so daß der durch die Haltespule 22 erzeugte magnetische Fluß abgeschwächt wird.

Um beispielsweise die von der Haltespule 22 erzeugte elektromagnetische Kraft als Antwort auf eine Ventil schließanforderung schnell abzusenken, wird der gesamte magnetische Fluß durch Anlegen der inversen Spannung an die Steuerspule 21 für die Erzeugung eines magnetischen Flusses in der entgegengesetzten Richtung schnell abge senkt. Dieses Verfahren ist besonders wirksam, um die Verzögerung beim Schließen des Ventils zu reduzieren.

Im folgenden wird mit Bezug auf die Fig. 8A-8F ein Ver fahren zum Ansteuern der Einspritzeinrichtung 20 und der Einspritzsteuerschaltung 200, auf die das obenerwähnte Stromsteuerverfahren angewendet wird, erläutert.

Die Fig. 8A-8F zeigen Betriebszustände der Steuerspule 21 und der Haltespule 22 entsprechend dem von der Motorsteu ereinrichtung 1 ausgegebenen Einspritzsignal. Wenn das Einspritzsignal in die Einspritzsteuerschaltung 200 eingegeben wird, steuert die Einspritzsteuerschaltung 200 die Transistor-EIN/AUS-Schaltungen 222-225 für die Halte spule 22 sowie die Transistor-EIN/AUS-Schaltungen 232-235 für die Steuerspule 21, so daß der Strom durch die Spulen 21 und 22 fließt, wodurch in beiden Spulen 21 und 22 ein magnetischer Fluß in der gleichen Richtung erzeugt wird. In diesem Fall sind die Leistungstransistoren 202, 205, 212 und 215 auf Durchlaß geschaltet.

Der durch die Steuerspule 21 fließende Strom wird durch Versetzen der Leistungstransistoren 212 und 215 für die Steuerspule 21 in den gesperrten Zustand anhand eines im voraus festgelegten Werts von I_max oder von Tp ähnlich wie in der ersten Ausführung unterbrochen. Obwohl die Leistungstransistoren 212 und 215 für die Steuerspule 21 durch die Transistor-EIN/AUS-Schaltungen für die Steuer spule 21 in diesem Beispiel in den gesperrten Zustand versetzt werden, ist es auch möglich, daß die Motorsteu ereinrichtung 1 diese Leistungstransistoren direkt in den gesperrten Zustand versetzt.

In der zweiten Ausführung werden die Leistungstransisto ren 213 und 214 für die Steuerspule 21 während einer kurzen Zeitperiode Toc auf Durchlaß geschaltet, wie in Fig. 8B gezeigt ist. Folglich wird an die Steuerspule 21 eine Spannung angelegt, die einen Stromfluß in einer Richtung erzeugt, die zur Richtung des Stroms entgegenge setzt ist, die der Strom vor Beginn dieser Zeitperiode hatte, so daß der durch die Steuerspule 21 fließende Strom schnell absinkt. Durch geeignetes Setzen der Breite von Toc kann der durch die Steuerspule 21 fließende Strom auf 0 gehalten werden. Es ist möglich, Toc als Antwort auf ein von der Motorsteuereinrichtung 1 ausgegebenes Befehlssignal zu ändern.

Die Leistungstransistoren 203 und 204 für die Haltespule 22 werden bei der Abstiegsflanke des Einspritzsignals, d. h. bei der Ventilschließanforderung, für eine kurze Zeitperiode Toh gleichzeitig mit dem Versetzen der Lei stungstransistoren 202 und 205 für die Haltespule 22 in den gesperrten Zustand in den Durchlaßzustand versetzt, um während der Periode Toh die inverse Spannung anzule gen. Dadurch fällt der durch die Haltespule 22 fließende Strom schnell ab. Da ferner zu diesem Zeitpunkt durch die Steuerspule 21 kein Strom fließt, beginnt, falls die Leistungstransistoren 213 und 214 für die Steuerspule 21 während der kurzen Zeitperiode Tohc auf Durchlaß geschal tet werden, sofort ein Strom in die Steuerspule in einer Richtung zu fließen, die zu derjenigen während des Ventilöffnungsbetriebs entgegengesetzt ist, so daß ein magnetischer Fluß in entgegengesetzter Richtung erzeugt wird. Somit kann der gesamte magnetische Fluß sofort abgesenkt werden, wodurch die Verzögerung beim Schließen des Ventils erheblich reduziert werden kann.

Falls die Breite des Einspritzsignals kurz und angenähert gleich Tp ist, werden die inverse Spannung, die Toc entspricht, und die inverse Spannung, die Tohc ent spricht, an die Steuerspule 21 zweimal angelegt, wobei sie überlappen. Folglich wird äquivalent die inverse Spannung einmal an die Steuerspule 21 angelegt. Auch in diesem Fall kann die Verzögerung beim Schließen des Ventils reduziert werden, indem die Zeitperiode, in der die inverse Spannung einmal an die Steuerspule angelegt wird, als Zeitperiode (Toc + Tohc) gesetzt wird, um den durch die Steuerspule 21 und durch die Haltespule 22 fließenden Strom schnell auf 0 abzusenken, oder indem die Periode, während der die inverse Spannung angelegt wird, in der Weise eingestellt wird, daß der inverse Strom durch die Steuerspule 21 zu fließen beginnt, bevor der durch die Haltespule 22 fließende Strom absinkt.

Obwohl in der zweiten Ausführung der Erfindung das Anle gen der inversen Spannung an die Spulen 21 und 22 auf der Grundlage des im voraus gesetzten Zeitintervalls gesteu ert wird, kann das Anlegen der inversen Spannung auch auf der Grundlage von Informationen bezüglich des in die Spulen 21 und 22 fließenden Stroms gesteuert werden, die unter Verwendung des Haltespulenstrom-Erfassungswider standes 241 und des Steuerspulenstrom-Erfassungswider standes 242 erfaßt werden. Das heißt, daß auf der Grund lage der Strominformationen die inverse Spannung an die Steuerspule 21 angelegt wird, bis der durch die Steuer spule 21 fließende Strom auf 0 absinkt, die inverse Spannung an die Haltespule 22 angelegt wird, bis der durch die Haltespule 22 fließende Strom auf 0 absinkt, oder die inverse Spannung an die Steuerspule 21 angelegt wird, bis der durch die Haltespule 22 fließende Strom auf 0 absinkt. Obwohl ferner in der zweiten Ausführung die inverse Spannung sowohl an die Spule 21 als auch an die Spule 22 angelegt wird, kann die inverse Spannung auch entweder an die Spule 21 oder an die Spule 22 angelegt werden.

Im folgenden wird eine dritte Ausführung gemäß der Erfin dung mit Bezug auf die Fig. 9A und 9B erläutert. Fig. 9A zeigt eine vertikale Querschnittsansicht einer Einspritz einrichtung 30 gemäß der dritten Ausführung, während Fig. 9B eine schematische Darstellung der Verdrahtung der Einspritzeinrichtung 30 und einer Einspritzsteuerschal tung 300 zeigt.

In der Einspritzeinrichtung 30 der dritten Ausführung sind eine Steuerspule (+) 11 und eine Haltespule 12 ähnlich wie in der ersten Ausführung vorgesehen, ferner ist diesen Spulen eine Steuerspule (-) 31 hinzugefügt. Somit sind insgesamt drei Spulen vorgesehen. Da in dieser Ausführung zwei Steuerspulen vorhanden sind, werden diese beiden Steuerspulen durch die Schreibweise (+) und (-) unterschieden. Die Steuerspule (-) 31 besitzt ähnlich wie die Steuerspule (+) 11 die elektromagnetische Eigenschaft einer zeitlich hohen Änderungsrate der magnetomotorischen Kraft.

Ähnlich wie in der ersten Ausführung sind an der Steuer spule (+) 11 und der Haltespule 12 Anschlüsse B, H und C₊ (entspri 41889 00070 552 001000280000000200012000285914177800040 0002019828672 00004 41770cht dem C-Anschluß der ersten Ausführung) vorge sehen. Ein Anschluß der Steuerspule (-) 31 ist an den B- Anschluß elektrisch angeschlossen, während der andere Anschluß der Steuerspule (-) 31 an den C-Anschluß ange schlossen ist. Der Spulenwindungsweg und die Verdrahtung sind so festgelegt, daß, wenn der B-Anschluß an den negativen Anschluß der Batterie 2 angeschlossen ist und die C₊-, H- und C₋-Anschlüsse an den positiven Anschluß der Batterie 2 angeschlossen sind, der magnetische Fluß der Steuerspule (-) 31 in einer Richtung erzeugt wird, die zu derjenigen des in der Steuerspule (+) 11 und in der Haltespule 12 erzeugten magnetischen Flusses entge gengesetzt ist.

Der Aufbau der Einspritzeinrichtung 30 und der Einspritz steuerschaltung 300 wird nun mit Bezug auf Fig. 9B erläu tert. In Fig. 9B sind von der Einspritzeinrichtung 30 nur der Kern 13 und die Steuerspule (+) 11, die Steuerspule (-) 31 sowie die Haltespule 12, die um den Kern 13 gewic kelt sind, gezeigt. Die Verdrahtung für die Steuerspule (+) 11 und für die Haltespule 12 ist ähnlich derjenigen der ersten Ausführung. Teile des Aufbaus, die von dem Aufbau der ersten Ausführung verschieden sind, werden im folgenden erläutert.

Die Spannung von der Batterie 2 wird an die Einspritz steuerschaltung 300 geliefert, welche den durch die Steuerspule (-) 31 und die Spulen 11 und 12 fließenden Strom steuert. Die Einspritzsteuerschaltung 300, eine Transistor-EIN/AUS-Schaltung 314 für die Steuerspule (-) 31 und ein Widerstand 311, der den äquivalenten internen Widerstand der Steuerspule (-) 31 und ihrer Treiberschal tung darstellt, sind zur Einspritzsteuerschaltung 100 gemäß der ersten Ausführung hinzugefügt. Die jeweiligen Transistor-EIN/AUS-Schaltungen 104, 114 und 314 besitzen gemeinsame Informationen bezüglich des Stroms durch die jeweiligen Spulen, die von Spulenstrom-Erfassungswider ständen 103, 113 und 313 erfaßt werden. Die Transistor- EIN/AUS-Schaltung 314 für die Steuerspule (-) 31 schickt anhand der gemeinsamen Informationen bezüglich des Stroms und eines Ausgangssignals von einer Signalverarbeitungs schaltung, das als Antwort auf das von der Motorsteuer einrichtung 1 geschickte Einspritzsignal erzeugt wird, ein Steuersignal für den Strom durch die Spule (-) 31.

In der Einspritzsteuerschaltung 300 schickt die Signal verarbeitungsschaltung 120 im Vergleich zu der Einspritz steuerschaltung 100 gemäß der ersten Ausführung ein weiteres Steuersignal an die Transistor-EIN/AUS-Schaltung 314. Falls der Leistungstransistor 312 für die Steuer spule (-) 31 auf Durchlaß geschaltet wird, wird die Span nung von der Batterie 2 an die Steuerspule (-) 31 ange legt.

Auch in dieser Ausführung ist es in bezug auf die Anord nung der Spulen 11, 12 und 31, des Kerns 13 und des Jochs 14 wünschenswert, die Steuerspule (+) 11 näher am Kolben 15 anzuordnen. Der Grund hierfür ist der gleiche wie in der ersten Ausführung. Ebenso ist es vorteilhaft, die Steuerspule (-) 31 näher am Kolben 15 anzuordnen. Somit wird die den Kolben 15 anziehende magnetische Kraft durch den magnetischen Fluß erzeugt, der durch den magnetischen Pfad in dem aus dem Kern 13, dem Joch 14 und dem Kolben 15 aufgebauten magnetischen Kreis verläuft.

Ein Verfahren zum Ansteuern der Einspritzeinrichtung 30 und der Einspritzsteuerschaltung 300, für das der obige Aufbau verwendet wird, wird im folgenden mit Bezug auf die Fig. 10A-10H erläutert.

Die Fig. 10A-10H zeigen Betriebszustände der Steuerspule (+) 11, der Steuerspule (-) 31 und der Haltespule 12 entsprechend dem von der Motorsteuereinrichtung 1 ausge gebenen Einspritzsignal.

Von der ersten Ausführungsform abweichende Aspekte werden im folgenden beschrieben. Nachdem der Stromfluß durch die Steuerspule (+) 11 und durch die Haltespule 12 unterbro chen worden ist, wird der Leistungstransistor 312 für die Steuerspule (-) 31 während zweier kurzer Zeitperioden Toc (-) und Tohc (-) zweimal eingeschaltet, so daß die Span nung von der Batterie 2 an die Steuerspule (-) 31 während zweier kurzer Zeitperioden angelegt wird. Dadurch fließt durch die Steuerspule (-) 31 ein Strom, so daß ein magne tischer Fluß in einer Richtung erzeugt wird, die zu derjenigen des in der Steuerspule (+) 11 und in der Haltespule 12 erzeugten magnetischen Flusses entgegenge setzt ist (in den Fig. 10A-10H entspricht die Richtung des durch jede der Spulen fließenden Stroms der Richtung des in der jeweiligen Spule erzeugten magnetischen Flus ses). Mit dem obigen Aufbau und dem beschriebenen An steuerungsverfahren kann der durch den magnetischen Kreis verlaufende magnetische Fluß schnell auf 0 abgesenkt werden, wodurch die Verzögerung beim Schließen des Ven tils stark reduziert werden kann.

Falls die Breite des Einspritzsignals kurz und angenähert gleich Tp ist, überlappen möglicherweise die inversen Spannungssignale, die an die Steuerspule (-) 31 zweimal angelegt werden (und Toc (-) bzw. Tohc (-) entsprechen), was äquivalent damit ist, daß die inverse Spannung einmal an die Steuerspule (-) 31 angelegt wird. Auch in diesem Fall kann die Verzögerung beim Schließen des Ventils stark reduziert werden, indem die Periode, während der die inverse Spannung einmal an die Steuerspule angelegt wird, beispielsweise auf die Zeitperiode (Toc (-) + Tohc (-)) gesetzt wird, so daß der gesamte magnetische Fluß durch den magnetischen Kreis schnell auf 0 abnimmt.

Wie oben beschrieben worden ist, ist es bei der dritten Ausführung möglich, einen schnellen Anstieg und einen schnellen Abfall beim Öffnen bzw. Schließen des Ventils zu verwirklichen, darüber hinaus kann ein breiter dynami scher Bereich der Einspritzeinrichtung 30 geschaffen werden, der ein grundlegendes Leistungsbewertungskrite rium der Einspritzeinrichtung 30 ist, indem zwei entspre chende Spulen verwendet werden, die elektromagnetische Eigenschaften besitzen, die für die jeweiligen Be triebsphasen des Öffnens und Offenhaltens des Ventils geeignet sind, und indem ferner die dritte Spule in der Betriebsphase des Schließens des Ventils dazu verwendet wird, den durch den magnetischen Kreis verlaufenden gesamten magnetischen Fluß schnell abzusenken, ohne daß eine hohe Spannung oder ein kompliziertes Steuerverfahren erforderlich sind.

Im folgenden wird eine vierte Ausführung der Erfindung erläutert. Die vierte Ausführung wird durch Modifikation der zweiten Ausführung und der dritten Ausführung erhal ten.

Falls es möglich ist, den größten Teil der magnetischen Anziehungskraft, die zum Öffnen des Ventils erforderlich ist, und die gesamte magnetische Anziehungskraft, die zum Schließen des Ventils erforderlich ist, einzusparen, indem nur die Steuerspule 11 verwendet wird, kann das Ventil selbst dann geöffnet oder geschlossen werden, wenn der zum Halten des Ventiloffenhaltezustands notwendige magnetische Fluß stets durch die Haltespule 12 erzeugt wird, d. h. wenn durch die Haltespule 12 im Zustand mit geöffnetem Ventil und im Zustand mit geschlossenem Ventil ununterbrochen ein Strom fließt. In dem obigen Betriebs verfahren ist es selbstverständlich im Ventiloffenhalte zustand und im Ventilschließzustand notwendig, die kombi nierte Kraft aus der durch den in der Haltespule 11 erzeugten magnetischen Fluß erzeugten magnetischen Anzie hungskraft und der Preßkraft des Kraftstoffdrucks sowie der Last der Rückstellfeder 18 im Ventilschließzustand, in dem der Abstand zwischen dem Kolben 15 und dem Kern 13, d. h. der Luftspalt, maximal ist, negativ (in Ventil schließrichtung) zu setzen und im Zustand mit geöffnetem Ventil, in dem der Luftspalt minimal wird, positiv (in Ventilöffnungsrichtung) zu setzen. Die Vorbelastungskom ponente der kombinierten Kraft kann durch geeignetes Setzen der Last der Rückstellfeder 18 eingestellt werden. Durch Verwendung des obenbeschriebenen Betriebsverfahrens kann ein Betriebszustand der Einspritzeinrichtung 10, in dem entweder ein geöffneter Ventilzustand oder ein ge schlossener Ventilzustand gehalten werden kann, wenn keine durch die Steuerspule 11 erzeugte magnetische Anziehungskraft vorhanden ist, verwirklicht werden.

In der vierten Ausführung der Erfindung wird der magneti sche Fluß, dessen Stärke wie oben beschrieben gesetzt wird, in der Haltespule 12 ununterbrochen erzeugt. Das heißt, während der Strom ununterbrochen durch die Halte spule 12 fließt, werden Ventilöffnungsoperationen durch Erzeugung des magnetischen Flusses in der Steuerspule 11 in der gleichen Richtung, in der der magnetische Fluß in der Haltespule 12 erzeugt wird, beschleunigt, während Ventilschließoperationen durch Erzeugung eines inversen magnetischen Flusses, der durch Anlegen der inversen Spannung an die Steuerspule 11 oder durch Verwenden einer Spule, deren elektromagnetische Eigenschaften zu denjeni gen der Steuerspule 11 entgegengesetzt sind, beschleunigt werden. Falls in diesem Verfahren die Windungsanzahl und der interne Widerstand der Haltespule 12 groß sind, kann der magnetische Fluß bei niedrigem Stromverbrauch in der Haltespule 12 fortgesetzt erzeugt werden. Ferner können die Leistungstransistoren zum Umschalten der Haltespule 12 weggelassen werden.

In einem modifizierten Beispiel der in Fig. 7B gezeigten zweiten Ausführung sind die Leistungstransistoren 202, 203, 204 und 205, die Transistor-EIN/AUS-Schaltungen 222, 223, 224 und 225 sowie der Stromerfassungswiderstand 241 nicht notwendig, ferner ist der H₊-Anschluß direkt mit dem positiven Anschluß der Batterie 2 verbunden, während der H₋-Anschluß geerdet ist.

In dem modifizierten Beispiel der in Fig. 9B gezeigten dritten Ausführung sind der Leistungstransistor 102, die Transistor-EIN/AUS-Schaltung 104 und der Stromerfassungs widerstand 103 nicht notwendig, ferner ist der B-Anschluß direkt an den positiven Anschluß der Batterie 2 ange schlossen, während der H-Anschluß geerdet ist. Bei Über nahme des jeweiligen obigen Aufbaus der Kraftstoffein spritzvorrichtung können die Herstellungskosten der Kraftstoffeinspritzvorrichtung gesenkt werden.

In der vierten Ausführung der Erfindung kann statt der Haltespule 12 ein Permanentmagnet verwendet werden. Wie in Fig. 11 gezeigt ist, kann die vierte Ausführung ohne Haltespule 12 verwirklicht werden, wenn der magnetische Fluß des Permanentmagneten so gesetzt ist, daß die kombi nierte Kraft aus der durch den durch den Permanentmagne ten erzeugten magnetischen Fluß erzeugten magnetischen Anziehungskraft und aus der Preßkraft des Kraftstoff drucks sowie aus der Last der Rückstellfeder 18 im Zu stand mit geschlossenem Ventil, in dem der Abstand zwi schen dem Kolben 15 und dem Kern, d. h. der Luftspalt, maximal wird, negativ ist (in Ventilschließrichtung) und die kombinierte Kraft im Zustand mit geöffnetem Ventil, in dem der Luftspalt minimal wird, positiv (in Ventilöff nungsrichtung) ist.

In den Fig. 12A und 12B sowie 13A und 13B sind zwei Beispiele gezeigt, in denen der obige Aufbau auf die zweite bzw. auf die dritte Ausführung angewendet wird. Die Bezugszeichen 42 und 52 in den Fig. 12A und 13A bezeichnen einen ringförmigen Permanentmagneten, der einen magnetischen Fluß in der gleichen Richtung wie die Richtung des magnetischen Flusses erzeugt, der durch die Steuerspule 41 oder durch die Steuerspule (+) 51 im Ventilöffnungsbetrieb erzeugt wird. Bei Verwendung dieses Aufbaus können die Schaltungen zum Ansteuern der jeweili gen Haltespulen weggelassen werden, wie in den Fig. 12B und 13B gezeigt ist, so daß der von diesen Schaltungen verbrauchte Strom 0 ist, weshalb sowohl die Herstellungs kosten als auch die Betriebskosten der Kraftstoffein spritzeinrichtung reduziert werden können.

In den ersten bis vierten Ausführungen der Erfindung wird der Zeitpunkt zum Unterbrechen des durch die Steuerspule fließenden Stroms anhand der im voraus festgelegten Zeitperiode Tp oder des im voraus festgelegten Pegels I_max unter normalen Betriebsbedingungen bestimmt. Hierbei wird Tp folgendermaßen bestimmt.

Fig. 14 zeigt die Beziehung zwischen der Zeitbreite eines Einspritzanforderungssignals, das von der Motorsteuerein richtung 1 ausgegeben wird, und einer Einspritzmenge, wobei die Zeitperiode Tp, während der der Strom durch die Steuerspule fließt, als Parametervariable verwendet wird. Die Linearität der Einspritzeinrichtung bedeutet eine Linearität der Beziehung zwischen der Zeitbreite des Einspritzanforderungssignals und der Einspritzmenge, ferner ist der dynamische Bereich der Einspritzeinrich tung als Verhältnis der maximalen Einspritzmenge zur minimalen Einspritzmenge definiert und kann im Lineari tätsbereich erzielt werden. Im allgemeinen ist es schwie rig, die Linearität während der kurzen Zeitbreite eines Einspritzanforderungssignals beizubehalten. Der Grund hierfür besteht darin, daß bei der kurzen Zeitbreite die Ventiloffenhalteperiode, während der die Kraftstoffein spritzung am stabilsten erfolgt, in einem Einspritzzy klus, der aus einer Ventilöffnungsphase, einer Ventilöff nungshaltephase und einer Ventilschließphase besteht, verhältnismäßig kurz ist, so daß die Kraftstoffeinsprit zung zu Instabilitäten neigt. In einer herkömmlichen Einspritzeinrichtung ist es sehr schwierig gewesen, die Betriebsleistung während der kurzen Zeitbreite eines Einspritzanforderungssignals zu verbessern. Durch Verwen dung der Einspritzeinrichtung gemäß der Erfindung wird die Einspritzleistung in der in Fig. 14 gezeigten Bezie hung eine konvexe Kurve, da die Spule in einen Steuerspu lenteil und einen Haltespulenteil unterteilt ist, wobei Tp ohne Beeinflussung der Haltespule (während der Ven tiloffenhalteperiode) erhöht wird. Falls hingegen Tp ohne Beeinflussung der Haltespule reduziert wird, wird die Einspritzleistung in der in Fig. 14 gezeigten Beziehung eine konkave Kurve. Dadurch ist es möglich, die Ein spritzleistung der Einspritzeinrichtung bei niedriger Einspritzmenge ohne weiteres optimal einzustellen (Beibehaltung der Linearität). Auch in dem I_max verwen denden Steuerverfahren wird die Einspritzleistung in der in Fig. 14 gezeigten Beziehung eine konvexe Kurve, da die Spule in einen Steuerspulenteil und einen Haltespulenteil unterteilt ist, sofern I_max ohne Beeinflussung der Halte spule erhöht wird (während der Ventiloffenhalteperiode). Falls I_max ohne Beeinflussung der Haltespule erniedrigt wird, wird die Einspritzleistung in der in Fig. 14 ge zeigten Beziehung eine konkave Kurve. Daher ist es auch mit dem auf I_max basierenden Spulenstrom-Steuerverfahren möglich, die Einspritzleistung der Einspritzeinrichtung ohne weiteres optimal einzustellen.

Obwohl die Einspritzleistung in jeder der obenerwähnten Ausführungen optimal eingestellt werden kann, ist es wünschenswert, Tp variabel zu setzen, um auf Störungen wie etwa eine Abnahme der Treiberspannung und eine Zu nahme der Preßkraft auf das Ventilelement aufgrund eines erhöhten Kraftstoffdrucks reagieren zu können. Im folgen den wird der Zeitpunkt zum Unterbrechen eines in die Steuerspule fließenden Stroms mit Tc bezeichnet. Tc wird grundsätzlich entsprechend einem Befehl, der von der Motorsteuereinrichtung 1 geschickt wird, geändert. Falls der Kraftstoffdruck durch den Druckregler 5, an den ein Anforderungssignal zur Erhöhung des Kraftstoffdrucks bei einem hohen Lastzustand des Motors 6 geschickt wird, schnell erhöht wird oder falls die Spannung der Batterie 2 beim Anlassen des Motors 6 in einem kalten Gebiet stark absinkt, ist es wichtig, daß eher die notwendige elektro magnetische Anziehungskraft als die optimale Einspritz leistung sichergestellt ist.

Fig. 15 zeigt Betriebszustände der Kraftstoffeinspritz vorrichtung, in denen der Zeitpunkt Tc zum Unterbrechen des Spulenstroms bei normalem Kraftstoffdruck und bei normaler Batteriespannung sowie bei hohem Kraftstoffdruck und bei abgesenkter Batteriespannung optimal eingestellt ist.

Die Stromsignalformen, die kombinierte Kraft, die Ventil verschiebung und die Einspritzmenge werden im folgenden mit Bezug auf die Graphen erläutert, die die normalen Betriebszustände unter den Bedingungen eines normalen Kraftstoffdrucks und einer normalen Treiberspannung zeigen.

Zunächst werden die Stromsignalformen erläutert. Im vorliegenden Beispiel ist Tc auf ungefähr 0,3 ms gesetzt, während die Breite eines Einspritzanforderungsimpuls signals auf 1ms gesetzt ist. Der durch die Steuerspule fließende Strom wird nach 0,3 ms unterbrochen, während der durch die Haltespule fließende Strom bis 1 ms fortge setzt wird. Da die Steuerspule eine geringere Windungsan zahl und einen geringeren internen Widerstand als die Haltespule besitzt, steigt der durch die Steuerspule fließende Strom schnell an. Diese schnelle Anstieg des Stroms trägt zu einem schnellen Anstieg der elektromagne tischen Anziehungskraft, die von der Steuerspule erzeugt wird, bei, wie aus der folgenden Erläuterung der kombi nierten Kraft hervorgeht.

In einem Graphen, der Änderungen der kombinierten Kraft zeigt, bedeutet "+" die Ventilöffnungsrichtung, während "-" die Ventilschließrichtung bedeutet. Nachdem der durch die Steuerspule fließende Strom bei Tc unterbrochen worden ist, sinkt die Anziehungskraft schnell ab. Ande rerseits steigt die von der Haltespule erzeugte Anzie hungskraft schnell an. Die Gesamtanziehungskraft ist die Summe aus beiden Typen von Anziehungskräften und steigt bis zu einer großen Kraft schnell an. In diesem Graphen preßt die Gesamtlast aus dem Kraftstoffdruck und der Federkraft das Ventilelement in Ventilschließrichtung, wobei die Differenz zwischen der gesamten Anziehungskraft und der gesamten Last die kombinierte Kraft ist, die den Kolben antreibt. Wenn die kombinierte Kraft negativ ist, wird der Kolben gegen den Ventilsitz gepreßt, wobei das Ventilelement auf dem Ventilsitz aufsitzt. Somit tritt eine Ventilverschiebung nicht auf. Wenn die kombinierte Kraft den Wert 0 übersteigt, beginnt das Ventilelement sich in Ventilöffnungsrichtung zu bewegen. Die Ventilbe wegung ist in der nächsten Darstellung für die Ventilver schiebung gezeigt.

Wenn die Ventilverschiebung auftritt und die Kraftstoff einspritzung beginnt, tritt im wesentlichen ein Druck gleichgewicht vor und nach dem Ventilelement auf, das die Last des Kraftstoffdrucks und der Federkraft etwas redu ziert. Vervielfachungseffekte der Abnahme der Last und der Abnahme des Luftspalts zwischen dem Kern und dem Kolben bewirken eine schnelle und vollständige Öffnung des Ventils. Nach der vollständigen Öffnung des Ventils kann der vollständig geöffnete Zustand des Ventils gehal ten werden, da die kombinierte Kraft auf der Plusseite bleibt, so daß der Kraftstoff stabil eingespritzt werden kann.

Die Kraftstoffmenge wird durch die Öffnungsfläche des Ventils und die Zeitbreite der Einspritzung bestimmt. Wenn das von der Motorsteuereinrichtung 1 geschickte Einspritzanforderungssignal bei 1 ms unterbrochen wird, beginnt die Anziehungskraft abzunehmen. Ferner wandert gleichzeitig die kombinierte Kraft zur Minusseite, so daß eine Verschiebung des Ventils in Ventilschließrichtung beginnt. Da der Spalt zwischen dem Kern und dem Kolben durch die Verschiebung in Ventilschließrichtung des Ventils zunimmt, nimmt die Anziehungskraft weiter ab, wobei die Ventilschließung beschleunigt wird. Wenn sich darüber hinaus das Ventilelement dem Ventilsitz annähert, wird vor und hinter dem Ventilelement eine Kraftstoff druckdifferenz erzeugt, wodurch die Preßkraft in Ventil schließrichtung erhöht wird. Dadurch wird das Ventil schnell geschlossen, woraufhin die Kraftstoffeinspritzung beendet ist. Die obigen Phänomene treten in einem Kraft stoffeinspritzzyklus, der eine Ventilöffnungsphase, eine Ventilhaltephase und eine Ventilschließphase umfaßt, auf.

Nun wird der Fall eines erhöhten Kraftstoffdrucks be schrieben. Obwohl die Stromsignalformen nahezu die glei chen wie jene unter Normalbedingungen sind (die Signal formen unterscheiden sich von denjenigen unter normalen Bedingungen deswegen, weil keine Ventilverschiebung auftritt) kann das Ventil nicht geöffnet werden, da die Last aus dem Kraftstoffdruck und der Federkraft größer ist und die kombinierte Kraft den Wert 0 nicht überstei gen kann. Da sich das Ventil nicht öffnet, treten darüber hinaus weder eine Absenkung des Spalt s und ein Druckaus gleich vor und nach dem Ventilelement auf, so daß die Ventilantriebskraft nicht erhöht wird.

Ähnlich wie im obigen Fall der Kraftstoffdruckerhöhung wird der durch die Steuerdruckerhöhung und die Haltespu len fließende Strom geringer, falls die Spannung der Batterie absinkt. Daher kann die kombinierte Kraft den Wert 0 nicht übersteigen, so daß das Ventil nicht geöff net werden kann. Es treten ebenfalls weder eine Verklei nerung des Spalts noch ein Druckausgleich auf, so daß die Ventilantriebskraft nicht erhöht wird.

Wie oben erwähnt, ist es bei Verwendung des unter den Bedingungen eines normalen Kraftstoffdrucks und einer normalen Batteriespannung optimal eingestellten Zeit punkts Tc unmöglich, auf Zustände hohen Kraftstoffdrucks und abgesenkter Batteriespannung zu reagieren. Diese Phänomene sind durch eine unzureichende elektromagneti sche Anziehungskraft verursacht. Falls das Ventil um irgendeinen Betrag geöffnet wird, wird die Ventilöffnung durch Reduzierung des Spalts und durch Auftreten des Druckgleichgewichts vor und hinter dem Ventilelement beschleunigt. Daher ist es nicht notwendig, die elektro magnetische Anziehungskraft gegenüber der unter Normalbe dingungen erforderlichen Kraft um das zwei- oder dreifa che zu erhöhen, vielmehr genügt eine geringe Erhöhung der Anziehungskraft.

In der Einspritzeinrichtung gemäß der Erfindung kann die elektromagnetische Anziehungskraft über den optimalen Wert für Normalbedingungen erhöht werden, indem der Zeitpunkt Tc, der für normalen Kraftstoffdruck und nor male Batteriespannung optimal eingestellt ist, hinausge schoben wird.

Die Fig. 16A-16C zeigen die Wirkungen auf den Spulenstrom und die magnetische Anziehungskraft, die durch Hinaus schieben des Spulenstrom-Unterbrechungszeitpunkts Tc, der für normalen Kraftstoffdruck und normale Batteriespannung optimal eingestellt ist, verursacht werden. Fig. 16A zeigt den Fall, in dem die Induktivität der Steuerspule groß ist und der durch die Steuerspule fließende Strom den Maximalwert bei unter normalem Kraftstoffdruck und normaler Batteriespannung optimal eingestelltem Tc (= T1) erreicht. Falls Tc von T1 nach T2 hinausgeschoben wird, fließt ein größerer Strom, so daß die elektromagnetische Kraft größer als im Fall der Festlegung von Tc auf T1 ist.

Daher ist es bei einer Kraftstoffdruckerhöhung wirksam, den bei normalem Kraftstoffdruck und normaler Batterie spannung optimal eingestellten Zeitpunkt Tc hinaus zu schieben. Die obigen Gegenmaßnahmen können in ähnlicher Weise auf den Fall einer abgesenkten Batteriespannung angewendet werden. Somit fließt auch in diesem Fall durch Hinausschieben von Tc gegenüber dem für normalen Kraft stoffdruck und normale Batteriespannung optimal einge stellten Zeitpunkt T1 auf T2 ein größerer Strom, so daß eine größere elektromagnetische Kraft als im Fall der Festlegung von Tc auf T1 erzeugt werden kann.

Im allgemeinen tritt das Problem einer abgesenkten Batte riespannung hauptsächlich beim Anlassen des Motors in einem kalten Gebiet auf. Da jedoch die Kraftstoffpumpe für die Druckbeaufschlagung des Kraftstoffs selbst durch eine Nockenwelle oder einen Motor angetrieben wird, wird direkt nach dem Anlassen des Motors an die Einspritzein richtung kein Kraftstoff mit hohem Druck gefördert. Daher sind die obenerwähnten Gegenmaßnahmen ausreichend, um das Problem einer abgesenkten Batteriespannung zu lösen.

Fig. 16B zeigt den Fall, in dem die Induktivität der Steuerspule gering ist und der Strom durch die Steuer spule bereits bei Tc (= T1), der für normalen Kraftstoff druck und normale Batteriespannung optimal eingestellt ist, den Maximalwert, der durch eine Schaltungskonstante der Steuerspule bestimmt ist, erreicht hat. In diesem Fall tritt ein Anstieg der Größe des Stroms trotz Ver schiebung von Tc von T1 nach T2 nicht auf. Hierbei ist jedoch zwischen dem Anstieg des Stroms und dem Anstieg der durch den Strom erzeugten elektromagnetischen Kraft eine Phasenverzögerung vorhanden.

Obwohl daher der Strom bei T1 fast seinen Maximalwert erreicht, erreicht die elektromagnetische Kraft ihren Maximalwert wegen der Phasenverzögerung noch nicht, wie in Fig. 16C gezeigt ist. In Fig. 16C sind Änderungen des durch die Steuerspule fließenden Stroms und der durch den Strom erzeugten elektromagnetischen Kraft gezeigt. In dieser Situation kann durch Hinausschieben von Tc über den für normalen Kraftstoffdruck und normale Batterie spannung optimal eingestellten Zeitpunkt T1 zum Zeitpunkt T2 ein Maximalwert der elektromagnetischen Kraft erhalten werden, der größer als jener ist, der bei Festlegung von Tc auf T1 erhalten wird, so daß die Wahrscheinlichkeit eines Öffnens des Ventils zunimmt.

Falls die Abnahme der Spulentreiberspannung oder die Zunahme der Preßlast auf das Ventilelement, die durch eine Erhöhung des Kraftstoffdrucks verursacht wird, sehr groß sind, ist es auch wirksam, Tc bis zum Ende des Einspritzanforderungssignals zu verschieben, d. h. den Stromfluß sowohl durch die Steuerspule als auch durch die Haltespule während des von der Motorsteuereinrichtung 1 ausgegebenen Einspritzanforderungssignals fortzusetzen. Wie in Fig. 15 gezeigt ist, steigt die von der Haltespule erzeugte Anziehungskraft in einem Betrieb mit normalem Zeitpunkt Tc nicht ausreichend an, wenn der Strom durch die Steuerspule unterbrochen wird. Somit ist es durch Hinausschieben des Zeitpunkts Tc zur Unterbrechung des Stromflusses durch die Steuerspule bis zu einem ausrei chenden Anstieg der durch die Haltespule erzeugten Anzie hungskraft möglich, eine große Gesamtanziehungskraft zu erhalten, die einer sehr großen Preßlast auf das Ventil element entspricht.

Zusätzlich zu einem Anstieg des internen Widerstands in den Spulen nehmen bei einem Temperaturanstieg auch der Widerstand der Drähte in der Einspritzsteuerschaltung und der Drähte zwischen der Einspritzeinrichtung und der Einspritzsteuerschaltung zu. Außerdem erhöht eine Alters verschlechterung den Widerstand. Die Erhöhung des Wider standes in den Drähten bewirkt eine Absenkung der an die Spulen angelegten Treiberspannung. Diese Absenkung der Treiberspannung, die durch eine Zunahme des Widerstandes in den Drähten hervorgerufen wird, kann durch das Voltme ter 8, das in der Nähe der Batterie 2 vorgesehen ist und die Spannung der Batterie 2 erfassen soll, nicht erfaßt werden. Dieses Problem kann durch Vergleichen des durch die Spulen fließenden Stroms mit der Batteriespannung, der in der Einspritzsteuerschaltung bei Verwendung der Spulenstrom-Erfassungswiderstände und der Signalverarbei tungsschaltung ausgeführt wird, gelöst werden. Das heißt, die Erfassung der Abnahme der Treiberspannung wird anhand der Ergebnisse des Vergleichs, mit dem geschätzt wird, ob der interne Widerstand des gesamten Spulentreibersystems im Vergleich zu den Normalbedingungen derzeit erhöht ist, ermöglicht. Falls festgestellt wird, daß eine Abnahme der Treiberspannung auftritt, steuert die Motorsteuereinrich tung 1 den Zeitpunkt Tc, der auf die normale Spannung optimal eingestellt ist, in der Weise, daß er ähnlich wie bei der obenbeschriebenen Batteriespannungsabnahme hin ausgeschoben wird.

Fig. 17 zeigt einen Blockschaltplan zur Erläuterung des Aufbaus eines Systems zum Einstellen des Zeitpunkts Tc zur Unterbrechung des Stroms durch die Steuerspule 11. Obwohl in dieser Ausführung ein System für eine zwei Spulen enthaltende Einspritzeinrichtung verwendet wird, kann ein Tc-Einstellsystem für eine drei Spulen enthal tende Einspritzeinrichtung ähnlich wie diese Ausführung verwirklicht sein.

Wie in Fig. 17 gezeigt ist, werden der Kraftstoffdruck Pf, der vom Kraftstoffdrucksensor 7 erfaßt wird, und die Batteriespannung Vb, die vom Voltmeter 8 erfaßt wird, in die Motorsteuereinrichtung 1 eingegeben. Die Motorsteuer einrichtung 1 speichert beispielsweise die Beziehung zwischen der Batteriespannung Vb und dem optimalen Wert für Tc zur Unterbrechung des durch die Steuerspule 11 fließenden Stroms. Ähnlich wird die Beziehung zwischen dem Kraftstoffdruck Pf und dem optimalen Wert für Tc gespeichert.

In Fig. 17 sind die beiden Beziehungen des optimalen Zeitpunkts Tc zum Kraftstoffdruck bzw. zur Batteriespan nung gespeichert. Es ist jedoch möglich, ein dreidimen sionales Kennfeld zu speichern, das die Beziehung zwi schen dem optimalen Zeitpunkt Tc und den beiden Parame tern Vb und Pf wiedergibt.

Weiterhin ist es möglich, den optimalen Zeitpunkt Tc als Wert einer Funktion zu erhalten, die von den Variablen Vb und/oder Pf abhängt. Obwohl in Fig. 17 nicht gezeigt, kann darüber hinaus die Temperatur im Motorraum als Parameter verwendet werden.

Wie oben erwähnt worden ist, ist es bei einer Zunahme des Kraftstoffdrucks notwendig, den Zeitpunkt Tc zur Unter brechung des durch die Steuerspule fließenden Stroms hinauszuschieben. Falls ferner die Batteriespannung abnimmt, ist es notwendig, den Zeitpunkt Tc hinaus zu schieben. Die Motorsteuereinrichtung 1 kann das Auftreten einer dieser Situationen erkennen oder Informationen bezüglich dieser Situationen speichern.

Das Einspritzanforderungssignal Sf und der Zeitpunkt Tc zur Unterbrechung des durch die Steuerspule 11 fließenden Stroms, die durch die Motorsteuereinrichtung 1 bestimmt werden, werden in die Einspritzsteuerschaltung 100 einge geben. Ferner zählt die Signalverarbeitungsschaltung 120 die bis zum Zeitpunkt Tc verbleibende Zeit und schickt EIN/AUS-Signale an die Transistor-EIN/AUS-Schaltung 114 der Steuerspule 11, um den in die Steuerspule 11 fließen den Strom zu steuern. Dadurch wird die Batteriespannung bis zum Zeitpunkt Tc an die Steuerspule 11 angelegt.

Ferner kann festgestellt werden, ob der interne Wider stand des gesamten Spulentreibersystems größer als derje nige unter Normalbedingungen wird, indem der Spulenstrom- Erfassungswiderstand, die Spannung der Batterie 2 und der erfaßte Spulenstrom mittels der Signalverarbeitungsschal tung 120 untersucht werden. Falls festgestellt wird, daß der interne Widerstand zunimmt, wird Tc hinausgeschoben. Die Größe der Hinausschiebung von Tc wird entweder durch die Motorsteuereinrichtung 1 oder durch die Signalverar beitungsschaltung 120 festgelegt.

Falls bevorzugt wird, die Periode, während der die in verse Spannung an die Steuerspule 11 und/oder an die Haltespule 12 im Ventilschließbetrieb angelegt wird, zu ändern, kann das Anlegen der inversen Spannung in der gleichen Weise wie bei der Steuerung von Tc gesteuert werden.

Im folgenden wird mit Bezug auf die Fig. 18A-18D ein Verfahren erläutert zum Erzeugen und Senden eines Kraft stoffeinspritzanforderungssignals, das von der Motorsteu ereinrichtung 1 an die Einspritzsteuerschaltung geliefert wird, um diese Ausführung zu verwirklichen. Obwohl dieses Verfahren mit Bezug auf die in Fig. 1 gezeigte Einspritz steuerschaltung 100 erläutert wird, ist das Verfahren auch auf andere Ausführungen anwendbar.

In diesem Verfahren enthält das von der Motorsteuerein richtung 1 an die Einspritzsteuerschaltung 100 ausgege bene Kraftstoffeinspritzanforderungssignal höchstens drei Informationselemente bezüglich der grundlegenden Ein spritzanforderungszeitbreite Tf, der Periode Tc, während der die Spulentreiberspannung zum Öffnen des Ventils angelegt wird, und der Periode Toc, während der die inverse Spannung an die Spulen angelegt wird. Falls diese Informationselemente entsprechend übertragen werden, sind drei Sätze von Drähten und Anschlüssen erforderlich, wodurch die Übertragungskapazität und die Herstellungsko sten erhöht werden.

Daher wird in diesem Verfahren wie in Fig. 18B gezeigt ein Hybridsignal, in das mehrere Spannungssignale, die an mehrere Spulen geschickt werden, integriert sind, unter Verwendung einer einzigen Leitung übertragen. Das Hybrid signal kann durch die Signalverarbeitungsschaltung 120 in der Einspritzsteuerschaltung 100 ohne weiteres in zwei oder drei Signale zerlegt werden.

Fig. 18C zeigt Beispiele von Hybridsignalen, die zwei Informationselemente bezüglich der grundlegenden Ein spritzanforderungszeitbreite Tf und des Zeitpunkts Tc, zu dem die Spulentreiberspannung unterbrochen wird, enthal ten, außerdem zeigt Fig. 18D Beispiele von Hybridsigna len, die zwei Informationselemente bezüglich der grundle genden Einspritzanforderungszeitbreite Tf, des Zeitpunkts Tc zur Unterbrechung der Spulentreiberspannung und der Periode Toc, in der die inverse Spannung angelegt wird, enthalten. Da die Zeiten von (N - 1) Elementen getrennt werden können, wobei N die Anzahl der Anstiegsflanken und Abstiegsflanken ist, die im Hybridsignal auftreten, kann ein Hybridsignal mehrere Zeitelemente übertragen und den durch mehrere Spulen fließenden Strom steuern.

Fig. 19 zeigt die Betriebszustände der Kraftstoffein spritzvorrichtung im Fall eines hinausgeschobenen Zeit punkts Tc. Obwohl das Ventil unter den Bedingungen eines hohen Kraftstoffdrucks und einer abgesenkten Batterie spannung bei Verwendung des in Fig. 15 gezeigten festge legten Zeitpunkts Tc nicht geöffnet werden kann, kann das Ventil geöffnet werden, wenn der Zeitpunkt Tc hinausge schoben wird. In dem in Fig. 15 gezeigten Fall ist Tc auf 0,3 ms festgelegt, bei dem die beste Linearität der Einspritzleistung verwirklicht werden kann, wenn die Einspritzeinrichtung bei normalem Kraftstoffdruck und normaler Batteriespannung betrieben wird. Andererseits ist es in dem in Fig. 19 gezeigten Fall möglich, das Ventil durch Setzen von Tc auf 0,5 ms zu öffnen. Falls Tc stets auf 0,5 ms gesetzt ist, kann das Ventil sowohl bei normalem Kraftstoffdruck und normaler Batteriespannung als auch bei abgesenkter Batteriespannung geöffnet wer den. Da jedoch in diesem Fall bei normalem Kraftstoff druck und bei normaler Batteriespannung unnötig viel Strom in die Steuerspule geschickt wird, wird der Strom verbrauch unnötig hoch. Darüber hinaus wird die Beschleu nigung des Ventilelements unter Normalbedingungen wegen des hinausgeschobenen Zeitpunkts Tc zu groß, so daß das Ventilelement stark an Anschläge und Ränder stößt, wo durch die Linearität des Kraftstoffeinspritzbetrags in bezug auf die Breite des Einspritzimpulssignals ver schlechtert wird.

In der Einspritzeinrichtung und der Kraftstoffeinspritz vorrichtung gemäß den obigen Ausführungen wird der Be trieb des Ventils bei normalen Betriebszuständen gesteu ert und dabei die Einspritzlinearität sichergestellt, ferner kann bei anomalen Betriebszuständen wie etwa einer abgesenkten Batteriespannung das Ventilelement auf der Grundlage eines geeignet eingestellten Zeitpunkts Tc (0,5 ms) für die Unterbrechung des Stroms durch die Steuerspule, der durch die Motorsteuereinrichtung 1 bestimmt wird, normal betrieben werden. Wenn die Batte riespannung auf den normalen Pegel wiederhergestellt ist, wird Tc automatisch auf den normalen Zeitpunkt von 0,3 ms zurückgestellt.

In der Einspritzeinrichtung und der Einspritzsteuerschal tung gemäß den obigen Ausführungen kann ein breiter dynamischer Bereich der Einspritzeinrichtung verwirklicht werden. Da ferner der durchschnittliche Durchmesser der Kraftstofftröpfchen durch die Verwirbelungseinrichtung in der Einspritzeinrichtung minimiert wird, ist es möglich, die Forderung nach einer gleichmäßigen Kraftstoffverbren nung und einer Schichtladungsverbrennung für einen Direkteinspritzungsmotor ausreichend zu erfüllen.

Ferner sind die Einspritzeinrichtung und die Einspritz steuerschaltung gemäß den obigen Ausführungsformen auf andere als Direkteinspritzungsmotoren anwendbar, bei spielsweise auf einen Motor mit Einlaßkanaleinspritzung, ferner kann auch für andere als Direkteinspritzungsmoto ren ein breiter dynamischer Bereich verwirklicht werden. Weiterhin wird der durchschnittliche Durchmesser der Kraftstofftröpfchen durch die Verwirbelungseinrichtung in der Einspritzeinrichtung minimiert, was die Ausgangslei stung des Motors erheblich verbessert und den Kraftstoff verbrauch erheblich senkt.

Gemäß der Erfindung wird das Ansprechverhalten des Ventilelements, das aus den geschlossenen Zustand in den geöffneten Zustand bewegt wird, unabhängig von einer Reduzierung des Stromverbrauchs während der Ventiloffen halteperiode verbessert. Daher ist es möglich, ein elek tromagnetisches Kraftstoffeinspritzventil mit einem Aufbau zu schaffen, das ein schnelles Ansprechverhalten bei einer Bewegung des Ventilelements aus dem geschlosse nen Zustand in den geöffneten Zustand besitzt und bei dem der geöffnete Zustand nach Beendigung des Ventilöffnungs betriebs bei niedrigem Stromverbrauch stabil gehalten werden kann.

Da ferner erfindungsgemäß das Ansprechverhalten des Ventilelements, das aus dem geschlossenen Zustand in den geöffneten Zustand bewegt wird, unabhängig von einer Reduzierung des Stromverbrauchs während der Ventiloffen halteperiode verbessert ist, kann selbst dann, wenn die Zeitbreite, während der das Ventil im geöffneten Zustand gehalten wird, kurz ist, eine geringe Kraftstoffmenge genau eingespritzt werden. Daher ist es möglich, eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit breitem dynamischen Bereich für die Kraftstoffeinspritzung zu schaffen. Da ferner der Stromverbrauch während der Ventiloffenhaltepe riode reduziert werden kann, ist es möglich, eine Kraft stoffeinspritzvorrichtung mit niedrigem Stromverbrauch zu schaffen.

Da ferner erfindungsgemäß das Ansprechverhalten des aus dem Zustand mit geschlossenem Ventil in den Zustand mit geöffnetem Ventil bewegten Ventilelements unabhängig von der Reduzierung des Stromverbrauchs während der Ventilof fenhalteperiode verbessert ist, wird der Kraftstoff auch im Bereich einer geringen Kraftstoffeinspritzmenge genau eingespritzt. Daher kann ein Verbrennungsmotor geschaffen werden, der einen stabilen Betrieb auch im Bereich gerin ger Kraftstoffeinspritzmengen aufrechterhalten kann.

Da ferner erfindungsgemäß das Ansprechverhalten des aus dem geschlossen Zustand in den geöffneten Zustand beweg ten Ventilelements unabhängig von der Reduzierung des Stromverbrauchs während der Ventiloffenhalteperiode verbessert ist, kann ein Verfahren zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung geschaffen werden, mit dem ein schnelles Ansprechverhalten des Ventils beim Öffnen und Schließen des Ventils sowie ein niedriger Stromverbrauch während der Ventiloffenhalteperioden möglich ist.

Claims

1. Elektromagnetisches Kraftstoffeinspritzventil (10) zum Einspritzen von Kraftstoff durch Öff nen/Schließen eines Kraftstoffdurchflußwegs, mit einem Ventilsitz (19), einem Ventilelement (16), mit dem der Kraftstoffdurchflußweg, der zwischen dem Ventilsitz (19) und dem Ventilelement (16) gebildet ist, geöff net/geschlossen wird, und einer Antriebseinrichtung (11, 12) die wenigstens eine Spule zum Antreiben des Ventil elements enthält, dadurch gekennzeichnet, daß
die Antriebseinrichtung eine erste Einrichtung (11) zum Erzeugen einer magnetomotorischen Kraft, die die wenigstens eine Spule enthält, sowie eine zweite Einrich tung (12) zum Erzeugen einer magnetomotorischen Kraft enthält, und
die erste Einrichtung (11) zum Erzeugen einer magnetomotorischen Kraft und die zweite Einrichtung (12) zum Erzeugen einer magnetomotorischen Kraft so beschaffen sind, daß die erste Einrichtung (11) eine magnetomotori sche Kraft mit einer höheren zeitlichen Änderungsrate als die zweite Einrichtung (12) erzeugt und erhöht.

2. Elektromagnetisches Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die zweite Einrichtung entweder ein Perma nentmagnet (42) oder eine Spule (12) vorgesehen ist, durch die ununterbrochen sowohl während der Periode, in der das Ventil geöffnet ist, als auch während der Peri ode, in der das Ventil geschlossen ist, ein konstanter Strom fließt.

3. Elektromagnetisches Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Einrichtung zum Erzeugen einer magne tomotorischen Kraft eine zweite Spule (12) enthält, deren Windungsanzahl größer als diejenige der ersten Spule (11) ist, die als die wenigstens eine Spule verwendet wird.

4. Elektromagnetisches Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Drahtdurchmesser einer ersten Spule (11), die als die wenigstens eine Spule dient, größer als der Drahtdurchmesser einer zweiten Spule (12) ist, die in der zweiten Einrichtung zum Erzeugen einer magnetomotorischen Kraft enthalten ist.

5. Elektromagnetisches Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Antriebseinrichtung die wenigstens eine erste Spule (11) und eine als zweite Einrichtung zum Erzeugen einer magnetomotorischen Kraft vorgesehene zweite Spule (12) enthält,
die erste Spule (11) und die zweite Spule (12) so beschaffen sind, daß, wenn an beide Spulen die gleiche Rechteckspannung angelegt wird, die Anstiegszeit der von der zweiten Spule (12) erzeugten magnetomotorischen Kraft länger als die Anstiegszeit der von der ersten Spule (11) erzeugten magnetomotorischen Kraft ist, und
der Sättigungswert des durch die zweite Spule (12) fließenden Stroms kleiner als der Sättigungswert des durch die erste Spule (11) fließenden Stroms ist.

6. Kraftstoffeinspritzvorrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff durch Öffnen/Schließen eines Kraftstoff durchflußwegs, mit einem elektromagnetischen Kraftstoff einspritzventil (10), das einen Ventilsitz (19), ein Ven tilelement (16) zum Öffnen/Schließen des zwischen dem Ventilsitz (19) und dem Ventilelement (16) gebildeten Kraftstoffdurchflußwegs sowie eine Antriebseinrichtung (11, 12) mit wenigstens einer Spule zum Antreiben des Ventilelements (16) enthält, und einer Steuereinrichtung (100), mit der das elektromagnetische Kraftstoffein spritzventil (10) durch Steuern des durch die wenigstens eine Spule (11) fließenden Stroms gesteuert wird, ent hält, dadurch gekennzeichnet, daß
die Antriebseinrichtung eine erste Einrichtung (11) zum Erzeugen einer magnetomotorischen Kraft, die die wenigstens eine Spule verwendet, und eine zweite Einrich tung (12) zum Erzeugen einer magnetomotorischen Kraft enthält,
die Spule (11) und die zweite Einrichtung (12) eine magnetomotorische Kraft in einer Richtung erzeugen, in der sich die von der Spule (11) erzeugte Kraft und die von der zweiten Einrichtung (12) erzeugte Kraft während einer anfänglichen Ventilöffnungsperiode, in der das Ventilelement (16) aus einem geschlossenen Zustand in einen geöffneten Zustand bewegt wird, gegenseitig ver stärken,
die Spule (11) die magnetomotorische Kraft mit einer höheren zeitlichen Änderungsrate als die zweite Einrichtung (12) erhöht und
der durch die Spule (11) fließende Strom während einer Ventiloffenhalteperiode, in der das Ventilelement (16) durch die von der zweiten Einrichtung (12) erzeugte magnetomotorische Kraft geöffnet gehalten wird, unterbro chen wird.

7. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß für die zweite Einrichtung (12) entweder ein Permanentmagnet (42) oder eine Spule (12) vorgesehen ist, durch die ununterbrochen sowohl während der Periode, in der das Ventil geöffnet ist, als auch während der Peri ode, in der das Ventil geschlossen ist, ein konstanter Strom fließt.

8. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß für die wenigstens eine erste Spule eine erste Spule (11) vorgesehen ist und für die zweite Einrichtung eine zweite Spule (12) vorgesehen ist.

9. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß
durch die erste Spule (11) während einer im voraus festgelegten Zeitperiode, in der der Stromfluß in der einen Richtung durch die erste Spule (11) unterbro chen ist, ein entgegengesetzt gerichteter Strom fließt und
der entgegengesetzt gerichtete Strom während einer im voraus festgelegten Zeitperiode am Ende des Kraftstoffeinspritzanforderungssignals erneut durch die erste Spule (11) und/oder durch die zweite Spule (12) fließt.

10. Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 6 bis 9, gekennzeichnet durch
wenigstens einen Drucksensor (7) zum Erfassen des Drucks des an das Kraftstoffeinspritzventil (10) geför derten Kraftstoffs und
einen Spannungssensor zum Erfassen der an die erste Einrichtung (11) und an die zweite Einrichtung (12) angelegten Spannung,
wobei die Steuereinrichtung (100) eine Spei chereinrichtung zum Speichern einer Beziehung zwischen dem Kraftstoffdruck und dem Zeitpunkt (Tc), zu dem der Strom unterbrochen wird, der durch die als erste Einrich tung dienende Spule (11) fließt, und/oder einer Beziehung zwischen der an die erste Einrichtung (11) und an die zweite Einrichtung (12) zum Erzeugen einer magnetomotori schen Kraft angelegten Spannung und dem Zeitpunkt (Tc), zu dem der Strom unterbrochen wird, der durch die als erste Einrichtung dienende Spule (11) fließt, enthält und den Zeitpunkt zum Unterbrechen des durch die erste Spule (11) fließenden Stroms anhand des Kraftstoffdrucks und/oder anhand der an die erste Einrichtung (11) und an die zweite Einrichtung (12) angelegten Spannung, die vom Drucksensor (7) bzw. vom Spannungssensor erfaßt werden, sowie anhand der entsprechenden dieser Beziehungen be stimmt.

11. Verbrennungsmotor, in den Kraftstoff durch Öff nen/Schließen eines Kraftstoffdurchflußwegs eingespritzt wird, der einen Kraftstofftank (9), eine Kraftstoffpumpe (3), die Kraftstoff vom Kraftstofftank (9) fördert und mit Druck beaufschlagt, ein elektromagnetisches Kraft stoffeinspritzventil (10), das Kraftstoff, der durch die Kraftstoffpumpe (3) mit Druck beaufschlagt worden ist, einspritzt und versehen ist mit einem Ventilsitz (19), einem Ventilelement (16) zum Öffnen/Schließen des zwi schen dem Ventilsitz (19) und dem Ventilelement (16) ausgebildeten Kraftstoffdurchflußwegs und einer An triebseinrichtung (11, 12) mit wenigstens einer Spule zum Antreiben des Ventilelements (16), sowie eine Steuerein richtung (100) zum Bestimmen des Kraftstoffeinspritzzeit punkts und der vom Einspritzventil (10) einzuspritzenden erforderlichen Kraftstoffeinspritzmenge und zum Betätigen des Einspritzventils (10) durch Steuern des durch die Spule fließenden Stroms enthält, dadurch gekennzeichnet, daß
die Antriebseinrichtung eine erste Einrichtung (11) zum Erzeugen einer magnetomotorischen Kraft, die die wenigstens eine Spule verwendet, und eine zweite Einrich tung (12) zum Erzeugen einer magnetomotorischen Kraft enthält,
die Spule (11) und die zweite Einrichtung (12) eine magnetomotorische Kraft in der gleichen Richtung erzeugen, in der sich die von der Spule (11) erzeugte Kraft und die von der zweiten Einrichtung (12) erzeugte Kraft während einer anfänglichen Ventilöffnungszeit, in der das Ventilelement (16) aus dem geschlossenen Zustand in den geöffneten Zustand bewegt wird, gegenseitig ver stärken,
die Spule (11) die magnetomotorische Kraft mit einer größeren zeitlichen Änderungsrate als die zweite Einrichtung (12) erhöht und
der durch die erste Spule (11) fließende Strom während einer Ventiloffenhalteperiode, in der das Ventil element (16) durch die von der zweiten Einrichtung (12) erzeugte magnetomotorische Kraft geöffnet gehalten wird, unterbrochen wird.

12. Verbrennungsmotor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß für die zweite Einrichtung (12) entweder ein Permanentmagnet (42) oder eine Spule (12) vorgesehen ist, durch die ununterbrochen sowohl während der Periode, in der das Ventil geöffnet ist, als auch während der Peri ode, in der das Ventil geschlossen ist, ein konstanter Strom fließt.

13. Verbrennungsmotor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß für die wenigstens eine erste Spule eine erste Spule (11) vorgesehen ist und für die zweite Einrichtung eine zweite Spule (12) vorgesehen ist.

14. Verbrennungsmotor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß
durch die erste Spule (11) während einer im voraus festgelegten Zeitperiode, in der der Stromfluß in der einen Richtung durch die erste Spule (11) unterbro chen ist, ein entgegengesetzt gerichteter Strom fließt und
der entgegengesetzt gerichtete Strom während einer im voraus festgelegten Zeitperiode am Ende des Kraftstoffeinspritzanforderungssignals erneut durch die erste Spule (11) und/oder die zweite Spule (12) fließt.

15. Verbrennungsmotor nach irgendeinem der Ansprüche 11 bis 14, gekennzeichnet durch
wenigstens einen Drucksensor (7) zum Erfassen des Drucks des an das Kraftstoffeinspritzventil (10) geför derten Kraftstoffs und
einen Spannungssensor zum Erfassen der an die erste Einrichtung (11) und an die zweite Einrichtung (12) angelegten Spannung,
wobei die Steuereinrichtung (100) eine Spei chereinrichtung zum Speichern einer Beziehung zwischen dem Kraftstoffdruck und dem Zeitpunkt (Tc), zu dem der Strom unterbrochen wird, der durch die als erste Einrich tung dienende Spule (11) fließt, und/oder einer Beziehung zwischen der an die erste Einrichtung (11) und an die zweite Einrichtung (12) angelegten Spannung und dem Zeitpunkt, zu dem der Strom unterbrochen wird, der durch die als erste Einrichtung dienende Spule (11) fließt, enthält und den Zeitpunkt zum Unterbrechen des durch die erste Spule (11) fließenden Stroms anhand des Kraftstoff drucks und/oder anhand der an die erste Einrichtung (11) und an die zweite Einrichtung (12) angelegten Spannung, die vom Drucksensor (7) bzw. vom Spannungssensor erfaßt werden, sowie anhand der entsprechenden dieser Beziehun gen bestimmt.

16. Verfahren zum Einspritzen von Kraftstoff durch Öffnen/Schließen eines Kraftstoffdurchflußwegs mittels eines Ventilelements (16) eines elektromagnetischen Kraftstoffeinspritzventils (10), das eine erste Einrich tung (11) zum Erzeugen einer magnetomotorischen Kraft und eine zweite Einrichtung (12) zum Erzeugen einer magneto motorischen Kraft enthält und durch die magnetomotori schen Kräfte, die durch die erste Einrichtung (11) und durch die zweite Einrichtung (12) erzeugt werden, ange trieben wird, wobei der Kraftstoffdurchflußweg zwischen dem angetriebenen Ventilelement (16) und einem Ventilsitz (19), auf dem das Ventilelement (16) aufsitzt, gebildet ist, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
Erzeugen einer magnetomotorischen Kraft durch wenigstens eine Spule, die als erste Einrichtung (11) zum Erzeugen einer magnetomotorischen Kraft vorgesehen ist, und durch eine zweite Einrichtung (12) zum Erzeugen einer magnetomotorischen Kraft in einer Richtung, in der sich die von der wenigstens einen Spule (11) erzeugte Kraft und die von der zweiten Einrichtung (12) erzeugte Kraft während einer anfänglichen Ventilöffnungszeit, in der das Ventilelement (16) aus einem Zustand mit geschlossenem Ventil in einen Zustand mit geöffnetem Ventil bewegt wird, gegenseitig verstärken, wobei die von der wenig stens einen Spule (11) erzeugte Kraft mit einer größeren zeitlichen Änderungsrate als derjenigen der Kraft, die von der zweiten Einrichtung (12) erzeugt wird, erhöht wird; und
Unterbrechen des Stromflusses durch die wenig stens eine Spule (11) während einer Ventiloffenhalteperi ode, in der das Ventilelement (16) durch die von der zweiten Einrichtung (12) erzeugte Kraft geöffnet gehalten wird.

17. Verfahren zum Einspritzen von Kraftstoff nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß für die zweite Einrichtung (12) entweder ein Permanentmagnet (42) oder eine Spule (12) vorgesehen, durch die ununterbrochen sowohl während der Periode, in der das Ventil geöffnet ist, als auch während der Peri ode, in der das Ventil geschlossen ist, ein konstanter Strom fließt.

18. Verfahren zum Einspritzen von Kraftstoff nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß für die wenigstens eine erste Spule eine erste Spule (11) vorgesehen ist und für die zweite Einrichtung eine zweite Spule (12) vorgesehen ist.

19. Verfahren zum Einspritzen von Kraftstoff nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß
durch die erste Spule (11) während einer im voraus festgelegten Zeitperiode, in der der Stromfluß in der einen Richtung durch die erste Spule (11) unterbro chen ist, ein entgegengesetzt gerichteter Strom fließt und
der entgegengesetzt gerichtete Strom während einer im voraus festgelegten Zeitperiode am Ende des Kraftstoffeinspritzanforderungssignals erneut durch die erste Spule (11) und/oder die zweite Spule (12) fließt.

20. Verfahren zum Einspritzen von Kraftstoff nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch den folgenden Schritt:
Speichern einer Beziehung zwischen dem Kraft stoffdruck und dem Zeitpunkt (Tc), zu dem der Strom unterbrochen wird, der durch die als erste Einrichtung (11) dienende wenigstens eine Spule fließt, und/oder einer Beziehung zwischen der an die erste Einrichtung (11) und an die zweite Einrichtung (12) angelegten Span nung und dem Zeitpunkt (Tc), zu dem der Strom unterbro chen wird, der durch die als erste Einrichtung (11) dienende wenigstens eine Spule fließt.

21. Verfahren zum Einspritzen von Kraftstoff nach irgendeinem der Ansprüche 16 bis 20, dadurch gekennzeich net, daß der Druck des an das elektromagnetische Kraft stoffeinspritzventil (10) geförderten Kraftstoffs erfaßt wird, wobei eine Zeitperiode, während der der Strom durch die als erste Einrichtung (11) dienende wenigstens eine Spule fließt, verlängert wird, falls der erfaßte Druck höher als im Normalzustand ist.

22. Verfahren zum Einspritzen von Kraftstoff nach irgendeinem der Ansprüche 16 bis 20, dadurch gekennzeich net, daß die an die erste Spule (11) angelegte Spannung erfaßt wird, wobei die Zeitperiode, während der ein Strom durch die als erste Einrichtung (11) dienende wenigstens eine Spule fließt, verlängert wird, falls die erfaßte Spannung niedriger als im Normalzustand ist.