DE69525179T2

DE69525179T2 - Verfahren und vorrichtung zur einspritzventilregelung

Info

Publication number: DE69525179T2
Application number: DE69525179T
Authority: DE
Inventors: Steven Massey; Christopher North; Robert Strom; E. Sturman
Original assignee: Sturman Industries Inc
Current assignee: Sturman Industries Inc
Priority date: 1994-12-01
Filing date: 1995-11-30
Publication date: 2002-10-31
Anticipated expiration: 2015-12-01
Also published as: JPH10510607A; AU4506596A; EP0803026B1; GB9710572D0; HK1016239A1; US5954030A; DE69525179D1; GB2311818A; GB2311818B; US5720261A; EP0803026A1; EP0803026A4; WO1996017167A1

Description

Hintergrund der Erfindung

(1) Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet von Ventilsteuerungen in Systemen und Verfahren, sowie auf Kraftstoffeinspritzsysteme, die diese verwenden.

(2) Stand der Technik

Kraftstoffeinspritzvorrichtungen werden dazu verwendet, unter Druck stehenden Kraftstoff entweder direkt in die Verbrennungskammer eines Verbrennungsmotors einzuleiten oder alternativ in das Einlaßrohr, das dem Einlaßventil jedes Zylinders benachbart ist. Fig. 1 zeigt ein bekanntes Kraftstoffeinspritzsystem 10, wie es für die Dieseleinspritzung direkt in die Verbrennungskammer eines Dieselmotors verwendet wird. Das Einspritzsystem umfaßt eine Düse 12, die über eine Verstärkerkammer 16 mit einer Kraftstofföffnung 14 verbunden ist. Die Verstärkerkammer 16 enthält einen Verstärkerkolben 18, der das Volumen der Kammer 16 verringert und den Druck des Kraftstoffs darin erhöht. Der unter Druck gesetzte Kraftstoff wird durch die Düse 12 in eine Verbrennungskammer abgegeben.
Der Verstärkerkolben 18 wird von einem Arbeitsfluid betätigt, das von einem Kegelventil 20 gesteuert wird. Das Arbeitsfluid tritt durch eine Öffnung 22 in das Ventil ein. Das Kegelventil 20 ist an einen Steilmagneten 24 gekoppelt, der eingeschaltet werden kann, um das Ventil in eine Offen- Stellung zu ziehen. Wie es in Fig. 2 gezeigt ist, übt das Arbeitsfluid einen Druck auf den Verstärkerkolben 18 aus, wenn der Stellmagnet 24 das Kegelventil 20 öffnet. Der Druck des Arbeitsfluids bewegt den Kolben 18 und setzt den Kraftstoff unter Druck. Wenn der Stellmagnet 24 abgeschaltet wird, bringen Federn 26 und 28 das Kegelventil 20 und den Verstärkerkolben 18 zurück in die Ausgangsstellungen.
Kraftstoffeinspritzvorrichtungen mit Federrückstellung sind aufgrund der langsamen Ansprechzeit der Kegelventil- Rückstellfedern relativ langsam. Außerdem erzeugt die Federsteifigkeit der Feder eine zusätzliche Kraft, die von dem Stellmagneten überwunden werden muß. Folglich muß der Stellmagnet mit genügend Strom versorgt werden, um die Federkraft und die Trägheit des Ventils zu überwinden. Höhere Ströme erzeugen zusätzliche Wärme und setzen die Lebensdauer und die Leistung der Stellmagnete herab. Außerdem kann sich die Federsteifigkeit der Federn durch Kriechen und Ermüdung ändern. Die Veränderung der Federsteifigkeit erzeugt unterschiedliche Resultate über die Lebensdauer der Einspritzvorrichtung.
Herkömmliche Kraftstoffeinspritzvorrichtungen umfassen üblicherweise eine mechanische Eigenschaft, die die Form der Kraftstoffkurve bestimmt. Mechanische Sollwertgeber sind relativ ungenau und anfällig gegenüber Verschleiß und Ermüdung. Außerdem kann in die Federkammern der Düse und des Verstärkers eintretender Kraftstoff einen höheren statischen Druck erzeugen, der die Leistung des Ventils herabsetzt.
Das englische Patent Nr. GB-A-1 465 283 offenbart eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit Vorspannströmen, die an deren Öffnungs- und Schließspulen angelegt sind. Die Vorspannströme bewirken einen magnetischen Fluß über einen Öffnungs- und einen Schließluftspalt. Wenn das Ventil geöffnet ist, ist der Öffnungsluftspalt kleiner als der Schließluftspalt, so daß das Ventil in der geöffneten Stellung gehalten wird. In ähnlicher Weise ist, wenn das Ventil geschlossen ist, der Schließluftspalt kleiner als der Öffnungsluftspalt, so daß das Ventil in der Schließstellung gehalten wird. Es wäre wünschenswert, ein Einspritzventil zu schaffen, das keinen Vorspannstrom benötigt, um das Einspritzventil in Stellung zu halten.
Die Europäische Patentanmeldung EP-A-0 184 940 offenbart eine elektromagnetische Einrichtung mit zwei Spulen, welche wahlweise einen beweglichen Körper anziehen oder abstoßen. Um ein schnelles Umschalten des beweglichen Körpers zwischen dem Angeziehen von einer Spule und der anderen zu schaffen, kann der Strom durch die den beweglichen Körper nicht in ihrem magnetischen Feld haltende Spule etwas größer sein als der Strom der den Körper in ihrem Magnetfeld haltenden Spule. Durch Verringerung des Stroms in der den Körper haltenden Spule kann der Körper besonders schnell in das Magnetfeld der anderen Spule umgeschaltet werden. Es wäre wünschenswert, die Vorteile des schnellen Umschaltens des beweglichen Körpers zu verwenden, ohne daß ein kontinuierlicher Strom in einer der beiden Spulen benötigt wird.
Die Kurve in Fig. 3 zeigt eine ideale Kraftstoffeinspritzrate für eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung. Um die Effizienz des Motors zu verbessern, ist es wünschenswert, vor dem Haupt-Ausstoß des Kraftstoffs Kraftstoff in die Verbrennungskammer vor einzuspritzen. Wie gestrichelt gezeigt, sollte die Kraftstoffkurve idealerweise rechteckig sein, damit die Verbrennungskammer eine optimale Kraftstoffmenge aufnimmt. Die tatsächliche Kraftstoffeinspritzkurven wurden als weniger ideal ermittelt, was zur Ineffizienz des Motors beiträgt. Es ist wünschenswert, eine Hochgeschwindigkeits- Kraftstoffeinspritzvorrichtung zu schaffen, die eine optimalere Kraftstoffkurve liefert als bekannte Kraftstoffeinspritzvorrichtungen.
Wie in den Fig. 1 und 2 gezeigt, berührt das Kegelventil während der Einspritzzyklen der Einspritzvorrichtung ständig den Ventilsitz. Gegebenenfalls werden der Sitz und das Kegelventil verschleißen, so daß das Ventil nicht korrekt in der Ventilkammer sitzt. Ein nicht korrekter Ventilsitz kann zu einer verfrühten Abgabe des Arbeitsfluids in die Verstärkerkammer führen, wodurch die Einspritzvorrichtung verfrüht Kraftstoff in die Verbrennungskammer einspritzt. Es wäre wünschenswert, ein Einspritzventil zu schaffen, das keinen Verschleiß zwischen dem Arbeitsfluid- Steuerventil und dem zugehörigen Ventilsitz der Einspritzvorrichtung erzeugt.
Der Stellmagnet 24 der Kraftstoffeinspritzvorrichtung in den Fig. 1 und 2 ist ein Direkt-Zieh-Stellmagnet, der entgegen der Feder 26 wirkt. Dies ist ein Vorteil gegenüber früheren bekannten nockengetriebenen Kraftstoffeinspritzvorrichtungen insofern, als die stellmagnet-getriebenen Einspritzvorrichtung gemäß den Fig. 1 und 2 im Gegensatz zu nockengetriebenen Einspritzvorrichtungen elektronisch in Zeit und Dauer gesteuert werden können, bei denen zumindest der Einspritzbeginn unabhängig von der Motorgeschwindigkeit oder -Last üblicherweise bei einem festen Drehwinkel der Kurbelwelle lag. Die stellmagnet-getriebenen Einspritzvorrichtungen nach den Fig. 1 und 2 haben jedoch den Nachteil nicht so schnell zu sein, wie sie sein könnten, und mehr Energie zu verbrauchen als notwendig. Da die Stellmagnete entgegen der Feder 26 wirken, ist die die Öffnungsgeschwindigkeit des Kegelventils 20 steuernde effektive Kraft genauer gesagt nicht die Stellmagnetkraft, sondern vielmehr die Differenz zwischen der Stellmagnetkraft und der Federkraft 26, wobei die effektive Schließkraft des Ventils nur die Federkraft 26 ist, die lediglich einen Bruchteil der Stellmagnet-Öffnungskraft für das betriebene Ventil sein kann. Dementsprechend wird das volle Zugpotential des Stellmagneten weder beim Öffnen noch beim Schließen des Kegelventils erreicht. Auch muß der Stellmagnet solange eingeschaltet bleiben, wie der Stellmagnet betätigt wird und erfordert daher eine Größe und eine Wärmeableitungskapazität entsprechend einer "Vollgas"-Kraftstoffeinspritzrate. Ferner muß die Stellmagnetzugkraft geeignet sein, das Ventil bei einem unteren Extremwert in der Energieversorgung und oberen Extremwerten des Stellmagnetspulenwiderstandes, der Federkraft 26 etc. angemessen zu betätigen, und es gleichzeitig nicht bei Vollgas, einer oberen Energieversorgungsspannung und niedrigen Extremwerten im Widerstand der Stellmagnetspule zu überhitzen. Neben anderen Dingen ist es die Verbesserung der Leistung in diesem Bereich, auf was die vorliegende Erfindung gerichtet ist.

Kurzbeschreibung der Erfindung

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Kraftstoffeinspritzsystem geschaffen, mit:
einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung;
einem Einspritzventilelement zum Anschluß an eine Druckfluidquelle, wobei das Einspritzventilelement an die Kraftstoffeinspritzvorrichtung angeschlossen ist;
einer ersten Stellmagnetspule, um das Ventilelement magnetisch in eine erste Stellung zu bewegen, um die Kraftstoffeinspritzung durch die Kraftstoffeinspritzvorrichtung in Abhängigkeit von einem Betätigungsstrom in der ersten Stellmagnetspule zu stoppen;
einer zweiten Stellmagnetspule, um das Ventilelement in eine zweite Stellung zu bewegen, um die Kraftstoffeinspritzung durch die Kraftstoffeinspritzvorrichtung in Abhängigkeit vom Betätigungsstrom in der zweiten Stellmagnetspule zu bewirken;
einem elektronischen Steuerungssystem, das an die erste Stellmagnetspule und die zweite Stellmagnetspule angeschlossen ist, wobei das Steuerungssystem dem Betätigungsstrom an eine der Stellmagnetspulen liefert und den Betätigungsstrom zur anderen Stellmagnetspule unterbricht, um das Ventilelement in eine der ersten und zweiten Stellungen zu bewegen, wobei das Steuerungssystem durch eine Sensorschaltung gekennzeichnet ist, die an die andere Stellmagnetspule angeschlossen ist, um eine elektromotorische Rückstellkraft (Rückstell-EMK) in der anderen Stellmagnetspule zu erfassen, die aus der Bewegung des Ventilelements resultiert, und um den Betätigungsstrom zu der einen Stellmagnetspule zu unterbrechen, nachdem das Ventilelement an der einen der ersten und der zweiten Positionen angekommen ist oder kurze Zeit danach, nachdem ein etwaiger Aufprall abgeklungen ist.

Kurzbeschreibung der Zeichnung

Die Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann nach der Durchsicht der folgenden detaillierten Beschreibung und der beigefügten Zeichnung leichter deutlich, wobei:
Fig. 1 eine Schnittansicht einer bekannten Kraftstoffeinspritzvorrichtung zeigt;
Fig. 2 eine Schnittansicht ähnlich der Fig. 1 zeigt, die die Kraftstoffeinspritzvorrichtung bei der Kraftstoffeinspritzung zeigt;
Fig. 3 ein Diagramm zeigt, das die ideale und die tatsächliche Kraftstoffeinspritzkurven einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung zeigt;
Fig. 4 eine Schnittansicht einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit einem 4-Wege-Steuerventil zeigt, das ein Spulventil in einer ersten Position aufweist;
Fig. 5 eine Schnittansicht der Kraftstoffeinspritzvorrichtung zeigt, wobei sich das Spulventil in einer zweiten Position befindet;
Fig. 6 eine alternative Ausführungsform der Kraftstoffeinspritzvorrichtung nach Fig. 4 zeigt;
Fig. 7 eine Schnittansicht einer alternativen Ausführungsform einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung zeigt, das ein 3-Wege-Steuerventil aufweist;
Fig. 8 ein Schaltplan für eine erfindungsgemäße Basis- Ventilsteuerung zeigt;
Fig. 9 den Anschluß der Schaltung nach Fig. 8 an die Spulen 202 und 200 der beiden Stellmagneten 138 und 140 nach Fig. 4 veranschaulicht;
Fig. 10 eine typische Wellenform eines Steuersignals veranschaulicht;
Fig. 11 einen typischen Stromimpuls in einer erfindungsgemäßen Stellmagnetspule veranschaulicht, die durch die Schaltung nach Fig. 8 betrieben wird;
Fig. 12 (12 A-12 C) einen Schaltplan für eine andere erfindungsgemäße Steuerschaltung zeigt;
Fig. 13 den Anschluß der Schaltung nach Fig. 12 an die Spulen 202 und 200 der beiden Stellmagneten 138 und 140 nach Fig. 4 veranschaulicht;
Fig. 14 (14 A-14 C) eine Schaltplan für eine weitere erfindungsgemäße Steuerschaltung zeigt;
Fig. 15 eine Kopie eines Meßstreifens zeigt, der die Wellenform des Stroms eines betätigten Stellmagneten sowie die an der Spule des Stellmagneten gemessene Rückstell-EMK zeigt, die erfindungsgemäß zuvor verriegelt worden ist;
Fig. 16 eine Kopie eines Meßstreifens zeigt, der die Wellenform des Stroms eines betätigten Stellmagneten sowie die an der Spule des bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsform zuvor verriegelten Stellmagneten gemessene Rückstell-EMK zeigt, wobei der Stromimpuls beim Erreichen des Spulenventils der Betätigungsstellung unterbrochen ist;
Fig. 17 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzsystems zeigt;
Fig. 18 ein Blockschaltbild einer anderen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzsystems zeigt;
Fig. 19 ein Blockschaltbild einer an eine Batterieversorgungsleitung für das Einspritzsystem angeschlossenen Schaltung zeigt, wobei, wenn die an das Einspritzsystem gelieferte Batteriespannung unter einen bestimmten Grenzwert abfällt, die Schaltung den Betrieb eines Überhöhungsschaltreglers in Gang setzt, der wiederum eine erhöhte und regulierte Ausgangsspannung Vout an eine Ventilversorgungsschaltung liefert;
Fig. 20 einen Schaltplan für das Blockschaltbild nach Fig. 19 zeigt;
Fig. 21 und 20 Blockschaltbilder weiterer beispielhafter Steuersysteme sind, die ebenfalls Kraftstoffdruck, Umgebungsluftdruck und -Temperatur sowie Zylinderdrücke und -Temperaturen als Steuerungseingänge verwenden;
Fig. 23 eine beispielhafte Kurve zeigt, die repräsentative Arbeitspunkte über den Arbeitsbereich nach Last und Umdrehung pro Minute veranschaulicht, für die optimale Einspritzvorrichtungs-Betriebsparameter bestimmt werden können, aus denen die Steuerung Betriebsparameter zwischen Testpunkten nach Bedarf während des normalen Motorbetriebs interpolieren kann;
Fig. 24 eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzsystemsteuerung zeigt.

Ausführliche Beschreibung der Erfindung

Im folgenden wird auf die Zeichnungen, insbesondere durch Bezugszeichen, Bezug genommen. Die Fig. 4 und 5 zeigen eine erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzvorrichtung 50. Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 50 ist üblicherweise an einem Motorblock montiert und spritzt ein kontrolliert unter Druck gesetztes Kraftstoffvolumen in eine (nicht gezeigte) Verbrennungskammer ein. Die Einspritzvorrichtung 50 der vorliegenden Erfindung wird üblicherweise dazu verwendet, Dieselkraftstoff in einen Eigenzündungsmotor einzuspritzen, obgleich darauf hingewiesen sei, daß die Einspritzvorrichtung auch bei einem Fremdzündungsmotor oder irgendeinem anderen die Einspritzung von Fluiden erfordernden Systems verwendet werden kann.
Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung weist ein Kraftstoffeinspritzvorrichtungsgehäuse 52 auf, das üblicherweise aus einer Mehrzahl von Einzelteilen aufgebaut ist. Das Gehäuse 52 weist ein Außengehäuse 54 auf, das Block-Elemente 56, 58 und 60 enthält. Das Außengehäuse 54 weist eine Kraftstofföffnung 64 auf, die über einen Kraftstoffkanal mit einer Kraftstoffdruckkammer 66 in Verbindung steht. Ein erstes Rückschlagventil ist innerhalb des Kraftstoffkanals 68 angeordnet, um den Rückfluß von Kraftstoff aus der Druckkammer 66 in die Kraftstofföffnung 64 zu verhindern. Die Druckkammer 66 ist über einen Kraftstoffkanal 74 mit einer Düse 72 verbunden. Ein zweites Rückschlagventil ist innerhalb des Kraftstoffkanals 74 angeordnet, um einen Kraftstoffrückfluß aus der Düse 72 in die Druckkammer 66 zu verhindern.
Der Kraftstoff-Fluß durch die Düse 72 wird durch ein Nadelventil 78 gesteuert, das durch eine innerhalb einer Federkammer 81 angeordnete Feder 80 in eine geschlossene Stellung vorgespannt ist. Das Nadelventil 78 weist oberhalb der Stelle, an der der Kanal 74 in die Düse 78 mündet, eine Schulter 82 auf. Wenn Kraftstoff in den Kanal 74 strömt, übt der Kraftstoffdruck eine Kraft auf die Schulter 82 aus. Die Schulterkraft hebt das Nadelventil 78 von der Düsenöffnung 72 ab und ermöglicht ein Ablassen von Treibstoff aus der Einspritzvorrichtung 50.
Ein Kanal 83 kann zwischen der Federkammer 81 und dem Kraftstoffkanal 68 vorgesehen werden, um in die Kammer 81 laufenden Kraftstoff abzulassen. Der Ablaßkanal 83 verhindert den Aufbau eines hydrostatischen Drucks innerhalb der Kammer 81, der eine Gegenkraft auf das Nadelventil 78 aufbauen und die Leistung der Einspritzvorrichtung herabsetzen könnte.
Das Volumen der Druckkammer 66 wird von einem Verstärkerkolben 84 verändert. Der Verstärkerkolben 84 erstreckt sich durch eine Bohrung 86 des Blocks 60 hindurch in eine erste Verstärkerkammer 88, die innerhalb eines oberen Ventilblocks 90 angeordnet ist. Der Kolben 84 umfaßt ein Schaftelement 92, das eine Schulter 94 aufweist, die an einem Kopfelement 96 befestigt ist. Die Schulter 94 wird von einer in eine entsprechende Nut 100 des Kopfelements 96 passenden Klammer 98 in ihrer Stellung gehalten. Das Kopfelement 96 weist einen Hohlraum auf, der eine zweite Verstärkerkammer 102 definiert.
Die erste Verstärkerkammer 88 steht in Strömungsverbindung mit einem ersten Verstärkerkanal 104, der sich durch den Block 90 erstreckt. Ähnlich steht die zweite Verstärkerkammer 102 in Strömungsverbindung mit einem Verstärkerkanal 106.
Der Block 90 weist ferner einen Versorgungs-Arbeitskanal 108 auf, der in Strömungsverbindung mit einer Versorgungs- Arbeitsöffnung 110 steht. Die Versorgungsöffnung ist üblicherweise an ein System angeschlossen, das ein Arbeitsfluid bereitstellt, das zur Steuerung der Bewegung des Verstärkerkolbens 84 verwendet wird. Das Arbeitsfluid ist üblicherweise ein hydraulisches Fluid, das in einem geschlossenem System getrennt vom Kraftstoff zirkuliert. Alternativ kann auch der Kraftstoff als Arbeitsfluid verwendet werden. Sowohl das äußere Gehäuse 54 als auch der Block 90 besitzen eine Anzahl von äußeren Nuten 112, die üblicherweise (nicht gezeigte) O-Ringe aufnehmen, die die Einspritzvorrichtung 10 gegen den Motorblock abdichten. Zusätzlich können der Block 62 und das äußere Gehäuse 54 durch einen O-Ring 114 gegen den Block 90 abgedichtet werden.
Der Block 60 weist einen Kanal 116 auf, der in Strömungsverbindung mit der Kraftstofföffnung 64 steht. Der Kanal 116 gestaltet einen Rücklauf von aus der Druckkammer 66 zwischen dem Block 62 und Kolben austretenden Kraftstoff in den Kraftstoffanschluß 64. Der Kanal 116 verhindert, daß Kraftstoff in die erste Verstärkerkammer 88 ausläuft.
Der Strömung des Arbeitsfluids in die Verstärkerkammern 88 und 102 können durch ein 4-Wege-Stellmagnet-Steuerventil 118 gesteuert werden. Das Steuerventil 118 weist einen Steuerkolben 120 auf, der sich innerhalb eines Ventilgehäuses 122 bewegt. Das Ventilgehäuse 122 weist Öffnungen auf, die mit den Kanälen 104, 106 und 108 und einen Ablaßanschluß 124 verbunden sind. Der Steuerkolben 120 umfaßt eine Innenkammer 126 und ein Paar von Steuerkolbenanschlüssen, die an die Ablaßanschlüsse 124 angeschlossen werden können. Der Steuerkolben 120 weist ferner eine äußere Nut 132 auf. Die Enden des Steuerkolbens 120 weisen Öffnungen 134 auf, die eine Strömungsverbindung zwischen der Innenkammer 126 und der Ventilkammer 134 des Gehäuses 122 schaffen. Die Öffnungen 134 halten das hydrostatische Gleichgewicht des Steuerkolbens 120.
Der Ventil-Steuerkolben 120 wird zwischen der in Fig. 4 gezeigten ersten Stellung und einer in Fig. 5 gezeigten zweiten Stellung durch einen ersten Stellmagneten 138 und einen zweiten Stellmagneten 140 bewegt. Die Stellmagneten 138 und 140 sind typischerweise mit einer Steuerung gekoppelt, die den Betrieb der Einspritzvorrichtung steuert. Wenn der erste Stellmagnet 138 eingeschaltet wird, wird der Steuerkolben 120 in die erste Stellung gezogen, wobei die Nut 132 es dem Arbeitsfluid ermöglicht, aus dem Versorgungsarbeitskanal 108 in die erste Verstärkerkammer 88 zu fließen, wobei das Fluid aus der zweiten Verstärkerkammer 102 in die Innenkammer 126 hinein- und aus dem Ablaßanschluß 124 hinausfließt. Wenn der zweite Stellmagnet 140 eingeschaltet wird, wird der Steuerkolben 120 in die zweite Stellung gezogen, wobei die erste Nut 132 eine Strömungsverbindung zwischen dem Versorgungsarbeitskanal 108 und der zweiten Verstärkerkammer 102 schafft sowie zwischen der ersten Verstärkerkammer 88 und dem Ablaßanschluß 124.
Die Nut 132 und der Kanal 128 sind vorzugsweise so ausgebildet, daß der erste Anschluß geschlossen wird, bevor der letzte Anschluß geöffnet wird. Wenn beipielsweise der Steuerkolben 120 von der ersten Stellung in die zweite Stellung bewegt wird, versperrt der zu der Nut 132 benachbarte Abschnitt des Steuerkolbens anfänglich den ersten Kanal 104, bevor der Kanal 128 eine Strömungsverbindung zwischen dem ersten Kanal 104 und dem Ablaßanschluß 124 schafft. Das verzögerte Freigeben der Anschlüsse verringert die Druckstöße im System und schafft eine Einspritzvorrichtung, die vorhersagbarere Zünd-Punkte auf der Kraftstoffeinspritzkurve hat.
Der Steuerkolben 120 greift üblicherweise an einem Paar von Führungsflächen 142 im Ventilgehäuse 122 an. Sowohl der Steuerkolben 120 als auch das Gehäuse 122 sind vorzugsweise aus einem magnetischen Werkstoff wie beispielsweise gehärtetem 52100 oder 440c-Stahl, so daß die Hysterese des Materials den Steuerkolben entweder in der ersten oder zweiten Stellung hält. Die Hysterese ermöglicht es, den Stellmagneten auszuschalten, nachdem der Steuerkolben 120 in Stellung gezogen worden ist. Insoweit arbeitet das Steuerventil in digitaler Weise, wobei der Steuerkolben 120 durch einen definierten Impuls bewegt wird, der von dem entsprechenden Stellmagneten bereitgestellt wird. Der Betrieb des Ventils in einer digitalen Weise reduziert die durch die Spulen erzeugte Wärme und erhöht die Zuverlässigkeit und die Lebensdauer der Einspritzvorrichtung.
Beim Betrieb wird der erste Stellmagnet 138 eingeschaltet und zieht den Steuerkolben 120 in die erste Stellung, so daß das Arbeitsfluid aus dem Versorgungsanschluß 110 in die erste Verstärkerkammer 88 und aus der zweiten Verstärkerkammer 102 in den Ablaßanschluß 124 fließt. Der Arbeitsfluidstrom in die Verstärkerkammer 88 bewegt den Kolben 84 und vergrößert das Volumen der Kammer 66. Die Vergrößerung des Volumens der Kammer 66 verringert den Kammerdruck und saugt aus dem Kraftstoffanschluß 64 Kraftstoff in die Kammer 66. Die Energieversorgung des ersten Stellmagneten 138 wird unterbrochen, wenn der Steuerkolben 120 die erste Stellung erreicht.
Wenn die Kammer 66 mit Kraftstoff gefüllt ist, wird der zweite Stellmagnet 140 eingeschaltet, um den Steuerkolben 120 in die zweite Stellung zu ziehen. Die Energieversorgung des zweiten Stellmagneten 140 wird unterbrochen, wenn der Steuerkolben die zweite Stellung erreicht. Die Bewegung des Steuerkolbens 120 ermöglicht es dem Arbeitsfluid, aus dem Versorgungsanschluß 110 in die zweite Verstärkerkammer 102 und aus der ersten Verstärkerkammer 88 in den Ablaßanschluß 124 zu fließen.
Der Kopf 96 des Verstärkerkolbens 96 weist eine Fläche auf, die wesentlich größer ist als das Ende des Kolbens 84, so daß der Druck des Arbeitsfluids eine Kraft erzeugt, die den Verstärkerkolben 84 vortreibt und das Volumen der Druckkammer 66 verkleinert. Der Hubzyklus des Verstärkerkolbens 84 erhöht den Kraftstoffdruck innerhalb der Druckkammer 66. Der unter Druck gesetzte Kraftstoff wird durch die Düse 72 aus der Einspritzvorrichtung abgegeben. Der Kraftstoff wird typischerweise bei einem Druck von 1000-2000 psi in die Einspritzvorrichtung eingeleitet. Bei der bevorzugten Ausführungsform hat der Kolben einen Kopf-Fuß-Verhältnis von ungefähr 10. 1, wobei der Druck des von der Einspritzvorrichtung abgegebenen Kraftstoffs zwischen 10.000-20.000 psi liegt.
Nachdem der Kraftstoff von der Einspritzvorrichtung abgegeben ist, wird der erste Stellmagnet 138 wieder eingeschaltet, um den Steuerkolben 120 in die erste Stellung zu ziehen, und der Zyklus wird wiederholt. Es hat sich herausgestellt, daß das erfindungsgemäße Doppelstellmagnetspulenventil eine Kraftstoff-Einspritzvorrichtung schafft, der Kraftstoff präziser in die Verbrennungskammer des Motors abgeben kann als die Motoren nach dem Stand der Technik. Die Erhöhung der Genauigkeit schafft eine Kraftstoff-Einspritzvorrichtung, die sich der in Fig. 3 gezeigten rechteckigen Kraftstoffkurve genauer annähert. Die Hochgeschwindigkeits- Stellmagnetsteuerventile können außerdem genau die in der Darstellung gezeigte Kraftstoffvoreinspritzung liefern.
Fig. 6 zeigt eine alternative Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kraftstoff-Einspritzvorrichtung, die keine Rückholfeder für das Nadelventil aufweist. Bei dieser Ausführungsform ist der Versorgungsarbeitskanal 108 über den Kanal 152 mit einer Düsen-Rücklaufkammer 150 verbunden. Das Nadelventil 78 wird durch den Druck des Arbeitsfluids in der Rücklaufkammer 150 in Schließstellung vorgespannt. Wenn der Verstärkerkolben 84 betätigt wird, ist der Kraftstoffdruck viel größer als der Druck des Arbeitsfluids, so daß der Kraftstoffdruck das Nadelventil 78 von den Düsenöffnungen 72 wegdrückt. Wenn der Verstärkerkolben 84 in die Ausgangsstellung zurückgeht, bewegt der Druck des Arbeitsfluids innerhalb der Rücklaufkammer 150 das Nadelventil 78 und verschließt die Düse 72.
Fig. 7 zeigt eine durch ein 3-Wege-Steuerventil 162 gesteuerte Einspritzvorrichtung 160. Bei dieser Ausführungsform ist der erste Kanal 108 mit einem Ablaßanschluß 164 im Block 90 verbunden und der Verstärkerkolben 84 weist eine Rückholfeder 166 auf, die den Kolben 84 in von dem Nadelventil 78 entgegengesetzte Richtung vorspannt. Die Bewegung des Steuerkolbens 168 schafft eine Fluidverbindung zwischen dem zweiten Kanal 106 und entweder dem Versorgungsanschluß 110 oder dem Ablaßanschluß 124.
Wenn sich der Steuerkolben 168 in der zweiten Stellung befindet, steht der zweite Kanal 106 in Fluidverbindung mit dem Versorgungskanal 108, wobei der Druck innerhalb der zweiten Verstärkerkammer 102 auf den Verstärkerkolben 84 drückt und unter Druck gesetzter Kraftstoff aus der Einspritzvorrichtung 160 ausgelassen wird. Das Fluid in der ersten Verstärkerkammer 88 strömt durch den Ablaßanschluß 164 und die Feder 166 wird in einen komprimierten Zustand verformt. Wenn der Steuerkolben 168 durch den ersten Stellmagneten 138 zurück in die erste Stellung gezogen wird, steht der zweite Kanal 106 in Strömungsverbindung mit dem Ablaßanschluß 124 und die zweite Verstärkerkammer 102 nimmt kein unter Druck stehendes Fluid mehr aus dem Versorgungsanschluß 110 auf. Die Kraft der Feder 166 bewegt den Verstärkerkolben 84 zurück in die Ausgangsstellung. Das Fluid in der zweiten Verstärkerkammer 102 strömt durch den Ablaßanschluß 124.
Sowohl das 3-Wege- als auch das 4-Wege-Steuerventil weisen Innenkammern 126 auf, die über die Steuerkolbenöffnungen 134 mit der Ventilkammer 132 und über die Anschlüsse 130 mit den Ablaßanschlüssen 124 in Strömungsverbindung stehen. Die Innenkammern und Öffnungen der Anschlüsse stellen sicher, daß ein Fluiddruck in der Ventilkammer gleichmäßig auf beide Enden des Steuerkolbens wirkt. Der gleichmäßige Fluiddruck hält den Steuerkolben im Gleichgewicht, so daß der Stellmagnet den Fluiddruck innerhalb der Ventilkammern bei der Bewegung zwischen den Stellungen nicht überwinden muß. Ein statischer Druck wirkt gegen den Zug der Stellmagneten und bedingt dadurch mehr Strom für die Stellmagneten, um das Ventil umzuschalten. Die Stellmagneten des vorliegenden Steuerventils weisen daher einen geringeren Energiebedarf auf und erzeugen weniger Wärme als Einspritzvorrichtungen im Stand der Technik, die zusätzliche Energie bereitstellen müssen, um hydrostatische Drücke innerhalb des Ventils zu überwinden. Der ausbalancierte Steuerkolben schafft außerdem ein Steuerventil, das eine schnellere Antwortzeit aufweist und dadurch die Intervall-Länge von durch die Einspritzvorrichtung ausgestoßenem maximalen Kraftstoff erhöht. Die Erhöhung der Zeitdauer maximalen Kraftstoffs schafft eine Kraftstoffeinspritzkurve, die rechteckiger ist und sich einer idealen Kurve mehr annähert.
Wie in Fig. 4 gezeigt ist, können die Enden des Steuerkolbens 120 konkave Oberflächen 170 haben, die sich von einem äußeren Rand zu den Öffnungen 134 in dem Steuerkolben 120 erstrecken. Die konkaven Oberflächen 170 wirken als Reservoir, das irgendwelches Arbeitsfluid sammelt, das in die Spalten zwischen dem Ventilgehäuse 120 und dem Ende des Steuerkolbens austritt. Die konkaven Oberflächen verringern einen hydrostatischen Druck, der sich an den Enden des Steuerkolbens 120 aufbauen kann, wesentlich. Der ringförmige Rand an den Enden des Steuerkolbens 120 sollte eine Fläche haben, die ausreicht, um eine ausreichende Hysterese zwischen dem Steuerkolben und dem Gehäuse zur Verfügung zu stellen, um den Steuerkolben in Position zu halten, nachdem der Stellmagnet ausgeschaltet worden ist.
Es wird jetzt auf Fig. 8 Bezug genommen, in der eine Basisventilsteuereinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zu sehen ist. Diese Steuerschaltung ist relativ klein und führt, wie nachfolgend zu sehen sein wird, zu einem niedrigeren Systemenergieverbrauch uns kann dementsprechend direkt auf der Einspritzanordnung selbst montiert werden. Die Schaltung soll in Verbindung mit Stellmagneten des zuvor beschriebenen Kraftstoffeinspritzers durch Anschluß an die Spulen 202 und 200 der zwei Stellmagneten 138 und 140 verwendet werden. Wie in Fig. 9 gezeigt ist, sind die Anschlüsse der Spule 200 an die Verbindungen P1 und P2 nach Fig. 8 und die Anschlüsse der Spule 202 an die Verbindungen P3 und P4 nach Fig. 8 angeschlossen. Darüber hinaus ist die Schaltung nach Fig. 8 über einen Verbinder J1 an eine Spannungsversorgungsquelle und eine Quelle von Steuersignalen angeschlossen, wobei die Verbindung J1-1 an die Fahrzeug- oder Motorbatterie angeschlossen ist, üblicherweise 12 oder 24 Volt im Fall von großen Dieselmotoren. Der Anschluß J1-2 wird an die Batteriemasse angelegt, und der Anschluß J1-3 wird an eine Steuerquelle angeschlossen, die ein Steuersignal der Treiberschaltung liefert.
Die Batteriespannung auf Leitung 204 wird an einen 5- Volt-Regler 206 geliefert, der eine 5-Volt-Versorgungspannung für verschiedene Bauelemente der Schaltung bereitstellt. Der Kondensator C1 ist ein Glättungskondensator für die 5-Volt-Ausgangsspannung, wobei Widerstand R2 eine Sickerlast an dem Regler bereitstellt, um die 5-Volt- Ausgangsspannung daran zu hindern, bei Fehlen anderer Lasten nach oben zu driften. Die Spannung auf Leitung 204 wird außerdem über die Diode D1 dem Stellmagnetspulenanschluß P1 und über die Diode D2 dem Stellmagnetspulenanschluß P3 zur Verfügung gestellt. Der Kondensator C2, ein relativ großer Kondensator, liefert einen Glättungseffekt an der Batteriespannung auf Leitung 204, wodurch ein gewisser Schutz gegen Spannungsspitzen beim Ein- oder Ausschalten der Stellmagnetspulen zur Verfügung gestellt wird. Die Kondensatoren C5 und C6 schaffen eine ähnliche Glättung, wenn die jeweilige Stellmagnetspule eingeschaltet ist.
Der Rest der Schaltung nach Fig. 8 wird vielleicht am besten durch Verfolgen des Signalflusses für ein typisches an die Steuerleitung J1-3 angelegtes Steuersignal beschrieben. Wenn der Einspritzer im Ruhezustand ist, befindet sich die Spannung auf der Steuerleitung 208 in einem niedrigen Zustand, entweder niedrig gehalten durch den Mikrocomputer oder andere digitale Schaltungen, die diesen antreiben, oder heruntergezogen durch den Pull-Down-Widerstand R4. Dies hält den Q-Ausgang des monostabilen Multivibrators 201 niedrig, der wiederum den Ausgang des Spannungsumsetzers 212 niedrig hält, was das n-Kanal-Leistungsbauelement Q1 abgeschaltet hält. Gleichzeitig ist auch der Q-Ausgang eines ähnlichen monostabilen Multivibrators 214 niedrig, der zuvor in den niedrigen Zustand seines vorhergehenden monostabilen Zyklus zurückgekehrt ist. Dies hält das Eingangssignal zum Umsetzbauelement 216 niedrig, dessen Ausgang das Gate des n-Kanal- Bauelements Q2 niedrig hält, was das Bauelement ausschaltet. Somit sind in diesem Zustand beide Leistungsbauelemente Q1 und Q2 ausgeschaltet, so daß ein Anschluß jeder Stellmagnetspule um einen Diodenspannungsabfall unter der Batteriespannung auf Leitung 204 liegt, wobei der gegenüberliegenden Spulenanschluß jeder Spule im wesentlichen auf schwebendem Potential liegt und somit die gleiche Spannung hat wie der erste Anschluß.
Ein typisches Signalformat auf Leitung 208 wird in der Fig. 10 gezeigt. An der positiv ansteigenden Seite des Impulses wird der Multivibrator 210 ausgelöst (getriggert), was den Q-Ausgang auf hohen Pegel ansteuert, der wiederum den Ausgang des Spannungsumsetzers 212 auf hohen Pegel ansteuert, was das n-Kanal-Leistungsbauelement Q1 einschaltet. Dies legt den Anschluß P2 im wesentlichen auf Masse, so daß nun die gesamte Batteriespannung über der Stellmagnetspule 200 (abzüglich eines Diodenspannungsabfalls der Diode D1 und des Spannungsabfalls über dem Leistungsbauelement Q1) anliegt, was den Steuerkolben in Richtung auf den Stellmagneten 104 (siehe Fig. 4) zieht, um die Verstärkerkammer 102 unter Druck zu setzen und die Kraftstoffeinspritzung zu initiieren. Gleichzeitig bestimmt die RC-Kombination des Widerstands R1 und des Kondensators C3 die Zeitdauer, für die der monostabile Multivibrator 210 im ausgelösten Zustand verbleibt, bis er in den Ruhezustand mit dessen Q-Ausgang auf niedrigem Potential zurückkehrt, wodurch das n-Kanal- Leistungsbauelement Q1 wieder ausgeschaltet wird, um den Stromfluß in der Spule 200 zu unterbrechen. Im allgemeinen wird der Impuls des monostabilen Multivibrators 210 so ausgewählt, daß er gleich der Betätigungszeit ist, welche die Übergangszeit für den Steuerkolben von einer stabilen Position in die gegenüberliegende stabile Position ist, plus einem Zeitinkrement als Sicherheitsmarge, um ungünstige Extreme der Batteriespannung, des Stellmagnetspulenwiderstands, der Temperatur etc. auszugleichen und um ferner das Prellen des Steuerkolbens auszugleichen, wenn dieser seine neue Position erreicht. Am Ende der Zeitdauer des Betriebs des monostabilen Multivibrators 210 wird das n-Kanal-Leistungsbauelement Q1 abgeschaltet, was die zeitweilige Verbindung des Stellmagnetanschlusses P2 an die Masse beendet. Die resultierende Rückstell-EMK der Stellmagnetspule spannt die Zenerdiode 21 in Durchlaßrichtung vor, wobei sich der Strom in der Spule infolge des Energieverlusts beim Spannungsabfall der Diode und dem Widerstand der Spule schnell auf Null verringert.
Somit verläuft der resultierende Stromimpuls in der Stellmagnetspule 200 ungefähr so, wie es in Fig. 11 gezeigt ist. Der Stromimpuls dauert gerade lang genug, um sicherzustellen, daß sich der Steuerkolben an die gegenüberliegende Endposition seiner Bewegung bewegt und in dieser Stellung verriegelt, um die Einspritzung auszulösen, natürlich zuzüglich einer Sicherheitsspanne, nach der der Impuls unterbrochen wird. In gleicher Weise wird am Ende des Steuerimpulses nach Fig. 10 der monostabile Multivibrator 214 ausgelöst, wobei er das n-Kanal-Leistungsbauelement Q2 über den Spannungsumsetzer 216 eintastet, wodurch der Steuerkolben in seine Ausgangsposition zurückgebracht wird, um die Einspritzung des Kraftstoffeinspritzers zu beenden. Wie zuvor, schaltet sich der monostabile Multivibrator 214 selbst nach einer sicheren Betriebszeitdauer für den Steuerkolben ab, wie sie durch den Widerstand R3 und den Kondensator C4 bestimmt wird, und schaltet dadurch das n-Kanal-Leistungsbauelement Q2 ab, wobei der resultierende Stromimpuls in der Spule 202 schnell durch die in Durchlaßrichtung vorgespannte Zenerdiode 22 während der Abklingzeitdauer aufgrund der Rückstell-EMK der Spule 202 abfällt.
Aus der vorangehenden Beschreibung ist zu entnehmen, daß ein einfaches Steuerimpulssignal mit einer Zeitdauer, die der gewünschten Einspritzdauer entspricht, der Schaltung nach Fig. 8 bereitgestellt werden kann, wobei die einfache Steuersignalform konvertiert wird in einen ersten Verriegelungssteuerimpuls zum Auslösen der Einspritzung zu Beginn des Einspritzsteuersignals und einen zweiten Stromimpuls zur Sicherung der Verriegelung, um die Einspritzung am Ende des Einspritzsteuerimpulses zu beenden. Dies ist zu vergleichen mit durch einen Stellmagnet betätigten Einspritzern des Standes der Technik, bei denen Strom an die Einspritzerstellmagnete während der gesamten Dauer des Einspritzsteuerimpulses angelegt werden mußte. Wegen dieses andauernden Anlegens der Spannungsversorgung während der Einspritzung erforderte der Stand der Technik stellmagnet-betriebene Ventile mit einer Größe und einer Wärmeableitkapazität, die dazu ausreicht, den gesamten Stellmagnetbetätigungsstrom für die längste erforderliche Einspritzdauer (bzw. Einspritzarbeitszyklus) vollständig zu absorbieren. Im Endergebnis müssen die Stellmagnetventile nach dem Stand der Technik grundsätzlich viel größer sein als bei der vorliegenden Erfindung, was wiederum dazu führt, daß der Ventilbetrieb verlangsamt wird, was zu einer langsamen Einspritzerhöhungszeitdauer führt und, was besonders schlecht ist, zu einer langsamen Einspritzbeendigung. In dieser Hinsicht ist zu beachten, daß die vollständige Auslenkung des Steuerkolbens des Ventils des Einspritzers gemäß der vorliegenden Erfindung ungefähr bei 218 (Fig. 11) erreicht wird, während der Strom in dem jeweiligen Stellmagneten noch ansteigt, obgleich die Spannungsversorgung der Stellmagnetspule selbst kurz danach beendet wird, während der Strom immer noch ansteigt. Wenn andererseits der Strom nicht vor dem Ende des Impulses nach Fig. 10 unterbrochen würde, würde der Strom, auch bei der vorliegenden Erfindung, weiterhin auf sehr hohe Pegel ansteigen, was zu einem viel höheren Strom über eine viel längere Zeitdauer führen würde, was die Verlustleistung auf zu hohe Werte, um etwa ein bis zwei Größenordnungen, erhöhen würde. Um dieses Problem zu vermeiden, würden entweder teurere relativ große und Strom verbrauchende Strombegrenzungsschaltungen erforderlich, oder alternativ wäre es notwendig, den Antrieb des Stellmagneten so zu reduzieren, daß der mittlere Stromverbrauch tolerierbar wäre, wodurch sich die Betriebsgeschwindigkeiten des Stellmagnetventils und damit des Einspritzers sehr stark reduziert. Dementsprechend ist die Ventilsteuerschaltung nach Fig. 8 eine in hohem Maße effiziente Schaltung zum Steuern von Ventilen, wie beispielsweise Kraftstoffeinspritzventilen, die einen starken Antrieb und sehr schnelle Stellmagnetbetriebsstromimpulse gestattet, während ein niedriger Gesamtstromverbrauch beibehalten wird, was die Verwendung kleiner Stellmagneten ermöglicht und eine nachhaltige Temperaturerhöhung über die bereits sehr warme Umgebung des laufenden Motors verhindert.
Es wird jetzt auf Fig. 12 Bezug genommen, in der eine weitere Steuerschaltung zu sehen ist, die einen anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Wie die Schaltung gemäß Fig. 8 wird diese Schaltung von einer Batteriespannungsversorgung geringer Impedanz betrieben, wobei die Batteriespannung zwischen den Verbinderpins J1-1 und J1- 2 des Verbinders J1 angelegt wird, und von einem Steuersignal am Verbinderpin J1-3 des Verbinders J1 betrieben wird, wobei das Steuersignal in der gleichen Form vorliegt, wie es in Fig. 10 unter Bezugnahme auf die Schaltung gemäß Fig. 8 veranschaulicht ist. Die Schaltmagnetspulenverbindungen jedoch unterscheiden sich geringfügig von denjenigen, die in Fig. 9 gezeigt sind, es sind nämlich die beiden Schaltmagnetspulen 200' und 202' in Reihe geschaltet, wie es in Fig. 13 gezeigt ist, wobei die gemeinsame Verbindung J2- 3 mit der Batteriespannungsversorgung auf Leitung 204 gekoppelt ist.
Bei der Schaltung gemäß Fig. 8, wie sie zuvor beschrieben wurde, wird die Spannungsversorgung an eine der beiden Magnetspulen für eine Zeitdauer angelegt, die ausreicht zu sichern, daß der Steuerkolben von der zugehörigen Spule angezogen worden ist, so daß dann, wenn der Stromimpuls weggenommen wird, die Remanenz des Steuerkolbens und der stationären Teile der zugehörigen Magnetspule eine ausreichende Restfeldstärke zur Verfügung stellen, um den Steuerkolben bei dieser Position zu halten. Wenn somit die Stellmagnetspule für den entgegengesetzten Stellmagneten betätigt wird, bleibt der Steuerkolben in der zuvor betätigten Position eingerastet, bis die Kraft der neu betätigten Magnetspule die Kraft des Restmagnetismus des verriegelten Stellmagneten überwindet, wobei zu diesem Zeitpunkt die Steuerkolbenbewegung beginnt. Sobald eine Lücke zwischen dem Steuerkolben und dem Ende des Stellmagneten, von welchem er sich wegbewegt, erzeugt worden ist, fällt das Restfeld infolge der Remanenz im wesentlichen zusammen, was es dem Steuerkolben ermöglicht, schnell von der jetzt bereits beträchtlichen Kraft des betätigten Stellmagneten beschleunigt zu werden. Das Endergebnis besteht darin, daß nicht nur der Energieverbrauch für das System gemäß Fig. 8 gering ist, sondern außerdem der Ventilbetrieb sehr schnell ist. Jedoch variieren die exakte zeitliche Abstimmung des Beginns der Steuerkolbenbewegung, die Kraft des betätigten Stellmagneten zum Zeitpunkt des Beginns der Bewegung, etc. in gewisser Weise in Abhängigkeit vom Betrag der Remanenz in dem Steuerkolben und den feststehenden magnetischen Teilen des Stellmagneten, in Abhängigkeit davon, ob es ein Prellen gab, nachdem der vorhergehende Stellstromimpuls sich verringert hat, wie gut die Teile ineinandergreifen, etc. Demzufolge kann es eine geringe Variation des zeitlichen Verhaltens des Steuerkolbenventils und somit des Einspritzers von Einheit zu Einheit und für eine gegebene Einheit, insbesondere über den Betriebstemperaturbereich der Einheit und in Abhängigkeit von dem Betriebsfluid der Einheit (Kraftstoff oder Hydraulikflüssigkeit) geben. Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 12 andererseits schafft ein kontrollierteres Freigeben des arretierten Stellmagneten kurz nach der Anregung des entgegengesetzten Steilmagneten, was sowohl einen genaueren Zeitpunkt der Initiierung der Steuerkolbenbewegung als auch eine schneller ansteigende unkompensierte Magnetkraft erreicht, um die Übergangszeit des Steuerkolbens in dem Steuerkolbenventil zu senken, um die Geschwindigkeit des Einspritzerventilbetriebs zu erhöhen. Dies wird durch eine Art Schnappvorgang erreicht, bei dem ein Strom, der typischer Weise in seiner Größe begrenzt ist, der Spule des verriegelten Stellmagneten, typischerweise gleichzeitig mit dem Anlegen des betätigenden Stromimpulses an die Spule des anderen Stellmagneten, zur Verfügung gestellt wird. Dies hält den arretierten Stellmagneten zweckgerichtet und kontrollierbar, bis die Feldstärke in dem anderen Stellmagneten auf einen relativ hohen Pegel ansteigt, wenn der Stromfluß in dem arretierten Stellmagneten dann beendet wird. Jetzt ist die Initiierung der Bewegung zeitlich genauer (Kurbelwellenwinkel, etc.) und die Beschleunigung des Steuerkolbens zu der entgegengesetzten arretierten Position ist größer, was einen schnelleren Einspritzerbetrieb schafft.
Die spezielle Schaltung, die in Fig. 12 gezeigt ist, stellt den zuvor beschriebenen Schnappvorgang nur in einer Richtung des Betriebs des Steuerkolbenventils zur Verfügung, insbesondere dem Ausschalten des Einspritzerventils bei einem typischen Kraftstoffeinspritzsystem, wie beispielsweise einer Kammerdirekteinspritzung bei einem Dieselmotor, da ein scharfes Abschneiden besonders ratsam ist, um die Menge unverbrannten oder teilweise verbrannten Kraftstoffs im Motorabgas zu minimieren.
Es wird insbesondere auf Fig. 12 Bezug genommen; wie zuvor wird ein 5-Volt-Regler 206 mit der Batteriespannung auf Leitung 204 verbunden, um eine 5-Volt-Ausgangsspannung zum Betreiben der verschiedenen weiteren Schaltungen der Figur zur Verfügung zu stellen. Kondensatoren C8, C12 und C13 schaffen eine Rauschunterdrückung auf der 5-Volt- Leitung. Die gezeigte spezielle Schaltung ist eine getaktete Schaltung (obgleich eine entsprechende freilaufende Schaltung ebenfalls verwendet werden könnte). So stellt eine Oszillator 300 ein Taktsignal einem Zähler-Teiler 302 zur Verfügung, welcher wiederum ein Taktsignal dem Zähler-Teiler 304 zur Verfügung stellt, wobei ein geeignetes Taktsignal auf Leitung 306 von einem Ausgang eines der beiden Zähler- Teiler abgenommen werden kann, wie es für die spezielle Anwendung geeignet ist. Im allgemeinen sollte das Taktsignal auf Leitung 306 ausreichend hoch sein, so daß die Zeitperiode eines Taktzyklus ohne besondere Signifikanz für die zeitlichen Gesamtanforderungen des Systems ist.
Wie zuvor wird dann, wenn das Signal auf Leitung 208 hochgeht (siehe Fig. 10), der monostabile Multivibrator 308 ausgelöst, so daß sein Q-Ausgangssignal auf Leitung 310, das die Dateneingabe für das D-Flip-Flop 312 bildet, auf hohen Pegel geht. So löst auf dem nächsten Taktzyklus das Q-Ausgangssignal des D-Flip-Flops 312 auf Leitung 314 einen Spannungsumsetzer 316 derart aus, daß dieser die n-Kanal- Leistungsbauelemente Q2 und Q3 einschaltet, welche parallel geschaltet sind, wobei ihre Source-Elektroden über eine parallele Kombination von Widerständen R11 bis R15 geringer Werte mit Masse verbunden sind. Dies zieht die Spannung am Verbinderanschluß J2-1 auf niedrigen Pegel, was Energie an die Stellmagnetspule 200-3 (Fig. 13 anlegt, um den Ventilsteuerkolben zum Stellmagnet 140 zu ziehen und ihn an dieser Position zu arretieren.
Wie bei der Schaltung in Fig. 8, fällt der monostabile Multivibrator 308 nach einer Zeitdauer ab, die durch die Kombination des Kondensators C7, des Festwiderstands R29 und eines variablen Widerstands R25 bestimmt wird, wobei dieses Abfallen wie zuvor verwendet werden könnte, um das Q-Ausgangssignal auf Leitung 310 auf niedrigen Pegel anzusteuern, um die n-Kanal-Leistungsbauelemente Q2 und Q3 auszuschalten, um den gegenwärtigen Impuls zu beenden. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird jedoch statt dessen die Spannung über der parallelen Kombination der Widerstände R11 bis R15 über den Widerstand R16 mit dem positiven Eingang des Komparators 318 gekoppelt, dessen negatives Eingangssignal durch die Einstellung des variablen Widerstands R18 festgelegt wird. Der Widerstand R16 und der Kondensator C3 stellen eine Hochfrequenzrauschunterdrückung für den positiven Eingang des Komparators 318 zur Verfügung, wobei der Widerstand R17 und der Kondensator C4 eine ähnliche Hochfrequenzrauschunterdrückung für den negativen Eingang des Komparators bereitstellen. Der speziell verwendete Komparator (LM339) weist einen Transistorausgang eines NPN-Transistors mit auf Masse gelegtem Emitter und offenem Kollektor auf, wobei der Widerstand R19 den Ausgang des Komparators auf hohen Pegel immer dann zieht, wenn das positive Eingangssignal in den Komparator das negative Eingangssignal überschreitet. So beispielsweise, wenn der Strom in der Stellmagnetspule 200' ansteigt (etwa so, wie das Ansteigen des Stroms in Spule 200 in Fig. 11 gezeigt ist). Die Spannung über der parallelen Kombination der Widerstände R11 bis R15 steigt an, was den Komparator bei einem Pegel auslöst, der von der Einstellung des variablen Widerstands R18 festgelegt wird, so daß es dem Hochziehwiderstand R19 gestattet wird, die Spannung auf Leitung 320 auf hohen Pegel zu ziehen, um das D-Flip-Flop 312 zurückzusetzen, was das Q-Ausgangssignal desselben auf Leitung 314 auf niedrigen Pegel ansteuert und somit das Ausgangssignal des Spannungsumsetzers 316 auf niedrigen Pegel, so daß die Bauelemente Q2 und Q3 nicht auf der Grundlage eines Abfallens (time-out), sondern statt dessen bei Erreichen eines vorgegebenen gewünschten Stromes ausgeschaltet werden.
Das Beenden des Stellimpulses auf der Grundlage des Erreichens eines vorgegebenen gewünschten Stellmagnetbetätigungsstroms im Unterschied zu einem Beenden lediglich auf der Grundlage eines vorgegebenen Time-Out des Stromimpulses weist wesentliche weitere Vorteile bezüglich des Energieverbrauchs insbesondere deshalb auf, weil es sich auf die Größe der Stellmagnetspulen und die Amplitude des Stromimpulses, welcher ohne wesentliches Aufheizen der Spulen und insbesondere ohne Überhitzen der Spulen verwendet werden kann, bezieht. Insbesondere ist die Feldstärke, die den Steuerkolben von dem anderen Stellmagneten gegen die Kraft des Restmagnetismus desselben wegzieht, proportional zu dem Strom in der betätigten Stellmagnetspule. Die Kraft andererseits ist proportional dem Quadrat des Stromes. Dementsprechend ist, während die Batteriespannung auf Leitung 204 in Abhängigkeit vom Ladezustand der Batterie und weiterer Lasten an dieser Batterie, selbst vorübergehenden Lasten, variieren kann und der Widerstand der Stellmagnetspulen von Einheit zu Einheit und mit der Temperatur in hohem Maße signifikant variieren kann, der erreichte Spitzenstrom eine ausgezeichnete Garantie, daß der Steuerkolben von dem entgegengesetzten Stellmagneten weggezogen worden ist und seine Bewegung zu dem betätigten Stellmagneten beendet hat. Wenn somit die Batteriespannung um 10% geringer ist und der Stellmagnetwiderstand um 10% erhöht ist, wird die Anstiegszeit des Stromimpulses, die grundsätzlich in der in Fig. 11 gezeigten Form ist, langsamer sein, so daß der Stromimpuls von längerer Zeitdauer ist, bevor die vorgegebene gewünschte Stromamplitude erreicht wird und der Stromimpuls beendet wird. Somit stellt sich die Schaltung automatisch auf die im breiteren Umfang variierenden Parameter ein, um die Stromimpulsamplitude lediglich soweit zu begrenzen, wie erforderlich ist, um einen schnellen und zuverlässigen Betrieb des Steuerkolbenventils des Einspritzers zu sichern.
Im Vergleich dazu wäre ohne das Stromabschalten auf der Grundlage der Amplitude des Impulses die Stromimpulsbreite zum Betätigen und Arretieren eines Stellmagneten wenigstens so lang, wie es unter den schlechtesten Bedingungen erforderlich ist. Dann könnte im Fall einer hohen Batteriespannung und eines geringen Spulenwiderstandes der Stromimpuls erheblich über die vorgegebene erforderlich Grenze ansteigen, bevor er beendet wird. Da die Augenblicksverlustleistung in der Stellmagnetspule proportional zum Quadrat des Stromes ist, würde unter diesen Bedingungen eine beträchtliche überschüssige Energie in der Stellmagnetspule verbraucht werden, was eine beträchtliche unnötige Aufheizung der Stellmagnetspule schafft. Diesbezüglich ist die Differenz der Steuerkolbenventilaufheizung zwischen der Steuereinrichtung gemäß Fig. 8 und der Steuereinrichtung gemäß Fig. 12 dann, wenn eine Kraftstoffeinspritzung in einem laufenden Motor simuliert wird, beträchtlich, die Aufheizung des Steuerkolbenventils über die Raumtemperatur ist signifikant, wenn es unter der Steuereinrichtung gemäß Fig. 8 betrieben wird, und unwesentlich, wenn es mit der Steuereinrichtung gemäß Fig. 12 betrieben wird, selbst wenn es für einen Hochgeschwindigkeitsbetrieb stark beansprucht wird.
Für die Betätigung des entgegengesetzten Stellmagneten für eine Rückkehr des Steuerkolbenventils in die Ursprungsposition unter Verwendung der Steuereinrichtung gemäß Fig. 12 arbeitet die die Bauelemente 308', 312', 316', Q1, Q7 und 318' aufweisende Schaltung auf die gleiche Weise wie die zuvor beschriebenen Bauelemente mit den Bezugszeichen ohne Strich, wobei der monostabile Multivibrator 308' auf der zum negativen gehenden Seite des Steuersignals auf Leitung 208 ausgelöst wird (siehe Fig. 10 für den Steuersignalverlauf). Jedoch wird das Freigeben des Steuerkolbens von seiner arretierten Position verzögert, bis sich das Feld in dem betätigten Stellmagneten auf einen beträchtlichen Pegel aufgebaut hat, zu welchem Zeitpunkt er dann freigegeben wird, wodurch eine Art eines Schnappvorgangs für eine erhöhte Betriebsgeschwindigkeit zur Verfügung gestellt wird. Insbesondere wird bei dieser Schaltung dann, wenn der monostabile Multivibrator 308' ausgelöst wird, der monostabile Multivibrator 322 ebenfalls ausgelöst, wobei das -Ausgangssignal auf Leitung 324 auf niedrigen Pegel angesteuert wird, wodurch der Transistor Q6 über den Widerstand R23 ausgeschaltet wird. Da vor dem Auslösen des monostabilen Multivibrators 322 dessen -Ausgangssignal auf Leitung 324 hoch war, wodurch der Transistor Q6 über den Widerstand R23 auf Ein gehalten wird, wurde das Gate des n-Kanal-Leistungsbauelements Q4 auf niedrigen Pegel gehalten, wodurch das Bauelement auf Aus gehalten wird. In ähnlicher Weise waren die n-Kanal-Leistungsbauelemente Q2 und Q3 ebenfalls aus, wobei der betätigende Stromimpuls für die Spule 200' vor diesem Zeitpunkt beendet wird. Demzufolge geht dann, wenn der monostabile Multivibrator 322 zusammen mit dem monostabilen Multivibrator 308' ausgelöst wird, die Spannung auf Leitung 324 auf niedrigen Pegel und schaltet den Transistor Q6 aus. Da in diesem Moment der Strom durch das n-Kanal-Bauelement Q4 gleich null war, ist die Basisspannung am Transistor Q5 ebenfalls 0, was diesen auf Aus hält. Demzufolge ist der Hochziehwiderstand R32 frei, das Gate des n-Kanal-Leistungsbauelements Q4 auf hohen Pegel zu ziehen, wodurch dieses eingeschaltet wird.
Im allgemeinen sind die Werte der Festwiderstände R10 und R21 sowie des variablen Widerstands R22 wesentlich höher als die entsprechende Parallelkombination der Widerstände R1 bis R5. Obwohl somit der Stromimpuls in Spule 202' schnell ansteigt, steigt ein entsprechender Stromimpuls in Spule 200' bei einer geringeren Rate. Da jedoch der Magnetspalt in dem durch die Spule 200' betriebenen Stellmagnet im wesentlichen gleich null ist, wohingegen der Magnetspalt in dem durch die Spule 202' betriebenen Stellmagneten sich auf einem Maximum befindet, kann das Magnetfeld in dem durch die Spule 200' betriebenen Stellmagneten veranlaßt werden, sich von dem Restfeld bei einer ebenso hohen oder höheren Rate wie das Feld in dem durch die Spule 202' betätigten Stellmagneten aufzubauen. Im Ergebnis bleibt der Steuerkolben arretiert, da das Feld und somit die Kraft in dem durch die Spule 202' betätigten Stellmagneten auf einen ziemlich substantiellen Pegel ansteigt. Wenn dann der geringere Strom in Spule 200' durch das n-Kanal-Leistungsbauelement Q4 einen vorgegebenen Pegel erreicht, wobei dieser noch beträchtlich geringer ist als der Strom in Spule 2021, wird der Spannungsabfall über den Widerständen R10, R21 und R22 ausreichen, um das Einschalten des Transistors Q5 zu beginnen, was die Gate-Spannung des n-Kanal-Leistungsbauelements Q4 auf einen geringeren Pegel zieht, so daß der durch dieses und somit durch die Spule 200' fließende Strom auf einen Pegel begrenzt wird, der ausreicht, um die Basisspannung des Transistors Q5 bei einem VBE über Masse zu halten. So wird der Strom in Spule 200' bei einem moderaten Werte geklammert, da selbst der moderate Wert eine hohe Arretierungskraft wegen des Magnetspalts von der Breite Null in dem zugehörigen Magnetkreis des Stellmagneten zur Verfügung stellt. Wenn dann der monostabile Multivibrator 322 abfällt, geht dessen Q-Ausgangssignal auf Leitung 24 auf hohen Pegel, was den Transistor Q6 einschaltet, um die Gate-Spannung des n-Kanal- Leistungsbauelements Q4 auf niedrigen Pegel zu ziehen, was dieses abschaltet, um schnell den Arretierungsstrom in Spule 200' zu beenden, was einer jetzt hohen Kraft in dem durch die Spule 202' betätigten Stellmagneten gestattet, sehr schnell den Ventilsteuerkolben in die entgegengesetzte Position zu beschleunigen. Kurz danach fällt selbstverständlich der monostabile Multivibrator 208' selbst ab, wonach der nächste Taktzyklus die n-Kanal-Leistungsbauelemente Q1 und Q7 derart abschaltet, daß der Stromimpuls in Spule 202' beendet wird, nachdem der Steuerkolben in seiner neuen Position arretiert ist.
Es sei angemerkt, daß die Schaltung gemäß Fig. 12 nicht die Gegen-EMK-Unterdrückungs-Zenerdioden 21 und 22 der Schaltung gemäß Fig. 8 aufweist. Ein Gegen-EMK-Schutz wird jedoch durch die n-Kanal-Leistungsbauelemente selbst zur Verfügung gestellt, da die Bauelemente IRF 540 im Endeffekt Gegen-EMK-Zenerdioden aufweisen. Diesbezüglich werden die Zenerdioden in der Schaltung gemäß Fig. 8 von der Gegen-EMK derart in Durchlaßrichtung vorgespannt, daß die hintere Flanke des Stromimpulses langsamer als erforderlich abfällt, wohingegen die internen Zener-Bauelemente in den n-Kanal- Leistungsbauelementen gemäß Fig. 12 nur in der entgegengesetzten Richtung über die Zenerspannung leiten, was einen schnelleren Abfall der Stromimpulsflanke bewirkt. Sofern es gewünscht wird, könnte jede Zenerdiode gemäß Fig. 8 durch zwei in Reihe und in entgegengesetzter Polarität geschaltete Zenerdioden ersetzt werden, um eine schnellere Beendigung des Stromimpulses zu erreichen.
Es wird jetzt auf Fig. 14 Bezug genommen, in der noch ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zu sehen ist. Dieses Ausführungsbeispiel veranschaulicht einen weiteren Aspekt der Erfindung. Insbesondere wird bei diesem Ausführungsbeispiel dann, wenn ein Stellmagnet betätigt wird, der entgegengesetzte Stellmagnet verwendet, um die Position des Ventilsteuerkolbens derart zu erfassen, daß der betätigende Stromimpuls bei Eintreffen des Steuerkolbens an der betätigten Position oder kurze Zeit danach, nachdem ein Prellen ggf. abgeklungen ist, beendet werden kann. Darüber hinaus ist dieses Ausführungsbeispiel durch einen Mikroprozessor oder einen Ein-Chip-Mikrocomputer gesteuert, so daß in Abhängigkeit von dessen Programmierung die Einspritzerventilsteuerung durch die Eingabe eines Steuersignals, wie beispielsweise des in Fig. 10 veranschaulichten, an den Prozessor bewirkt werden könnte, oder auf der anderen Seite selbst verwendet werden könnte, um den Einspritzerbetrieb (Einspritzungszeitgabe und -dauer) eines oder mehrerer, typischerweise mehrerer, Zylindereinspritzventile auf der Grundlage von Basisparametereingaben, wie beispielsweise der Motorgeschwindigkeit und "Gas"-Einstellungen sowie gegebenenfalls sekundärer Eingaben, wie beispielsweise der Motortemperatur, atmosphärischer Bedingungen, etc. zu steuern. Diesbezüglich veranschaulicht die Schaltung gemäß Fig. 14 eine Steuerschaltung für ein einzelnes Einspritzventil, obwohl offensichtlich Aspekte der Schaltung für Mehr-Ventil-Anwendungen unter Verwendung weiterer Prozessor- oder Mikrocomputerausgabeleitungen zur Steuerung derselben repliziert werden können.
Die in Fig. 14 veranschaulichte Schaltung benutzt die gleichen Stellmagnetspulenverbindungen wie die Schaltung gemäß Fig. 12, nämlich die in Fig. 13 gezeigten. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel wird ein Intel-8751-Ein-Chip- Computer 400, der unter einer Programmsteuerung betrieben wird, verwendet. Der Takt für den Computer nimmt auf einen externen Kristalloszillator, der den Kristall X1 und die Kondensatoren C1 und C2 aufweist, Bezug. Darüber hinaus stellt die den Widerstand R2 und den Kondensator C3 aufweisende RC-Schaltung den geeigneten Rücksetzimpuls beim Starten des Computers zur Verfügung. Das spezielle gezeigte Ausführungsbeispiel soll in Abhängigkeit von dem Steuersignal gemäß Fig. 10, das an den Anschluß J1-3 des Verbinders J1 angelegt wird, arbeiten. Dieses Eingangssignal auf Leitung 208, das normalerweise durch den Herunterziehwiderstand R1 auf niedrigen Pegel gehalten wird, wird zweimal durch die NAND-Gatter 302 und 404 invertiert, damit das Signal bei geeigneten Signalpegeln an einen Anschluß einen der Ports des Computers, der als Eingangsport für diesen Zweck konfiguriert ist, angelegt wird. Zwei Anschlüsse eines anderen Ports, der als Ausgangsport konfiguriert ist, stellen Signale auf den Leitungen 406 und 408 zur Verfügung, um die Spannungsumsetzbauelemente 410 bzw. 412 zu steuern, welche wiederum die n-Kanal-Leitungsbauelemente Q1 und Q3 ein- und ausschalten, um die gewünschten Stromimpulse den Stellmagnetspulen 200'- bzw. 202' zur Verfügung zu stellen.
Um den Betrieb der Schaltung gemäß Fig. 14 zu beschreiben, sei für diesen Moment angenommen, daß das Steuersignal gemäß Fig. 10 niedrig ist, daß beide n-Kanal-Leistungsbauelemente Q1 und Q3 für eine ausreichend lange Zeit ausgeschaltet waren, damit irgendwelche Stromimpulse in den entsprechenden Stellmagnetspulen sich auf Null verringert haben, und daß der Ventilsteuerkolben an der zuletzt von der Stellmagnetspule 202' betätigten Position arretiert ist. In diesem Zustand hält der Prozessor Leitung 406 auf niedrigen Pegel, was das n-Kanal-Leistungsbauelement Q1 im Aus-Zustand hält, sowie die Leitung 408 auf niedrigen Pegel, was das n- Kanal-Leistungsbauelement Q3 im Aus-Zustand hält, und die Leitungen 414 und 416 auf hohem Pegel, um die Transistoren Q7 und Q10 im Ein-Zustand zu halten. Diesbezüglich dupliziert die aus dem Widerstand R5, den Transistoren Q7 und Q6, den Widerständen R3, R4 und R6 und dem n-Kanal-Leistungsbauelement Q5 bestehende Schaltung funktionell die Schaltung gemäß Fig. 12, die den Widerstand R23, die Transistoren Q6 und Q5, die Widerstände R22, R21, R10 und R32 und das n- Kanal-Leistungsbauelement Q4 der Fig. 12 aufweist, die den zuvor beschriebenen Schnappvorgang zur Verfügung stellt. Wie beschrieben wurde, gestattet dieser Schnappvorgang dem zuvor betätigten Stellmagneten, anfänglich den Ventilsteuerkolben zu halten, bis der neu betätigte Stellmagnet einen relativ hohen Kraftpegel erreicht, wobei zu diesem Zeitpunkt der Steuerkolben freigegeben wird, wodurch die Betriebsgeschwindigkeit des Ventils und die Reproduzierbarkeit über der Zeit und von Einheit zu Einheit verbessert werden. Bei der Schaltung gemäß Fig. 12 wurde der Schnappvorgang in nur einer Ventilbetätigungsrichtung zur Verfügung gestellt, wohingegen in Fig. 14 die Schaltung, welche den Schnappvorgang zur Verfügung stellt, dupliziert ist, so daß sie jeder Stellmagnetspule zur Verfügung gestellt wird, wodurch der Schnappvorgang in beiden Richtungen bereitgestellt wird, wobei die Zeitgabe und das Freigeben unter Programmsteuerung durch den Prozessor oder Ein-Chip-Computer eingestellt werden. Zum Bereitstellen derselben Halteaktion an der Stellmagnetspule 202 wird die Schaltung durch den Widerstand R15, die Transistoren Q10 und Q9, die Widerstände R14, R7 und R22 und das n-Kanal-Leistungsbauelement Q8 dupliziert.
Wenn das Steuersignal auf Leitung 208 (Fig. 14) auf hohen Pegel geht, was anzeigt, daß das Einspritzen beginnen soll, zieht der Prozessor die Spannung auf Leitung 406 auf hohen Pegel und die Spannung auf Leitung 416 auf niedrigen Pegel. Das Hochziehen der Leitung 406 schaltet das n-Kanal- Leistungsbauelement Q1 ein, was ein Ende der Stellmagnetspule 200' auf niedrigen Pegel zieht, wodurch im wesentlichen die volle Batteriespannung über diese angelegt wird. Gleichzeitig selbstverständlich gestattet die Leitung 416, die auf niedrigen Pegel gezogen wird, ein Hochziehen des Widerstands R22, um das n-Kanal-Leistungsbauelement Q8 einzuschalten, bis sich der Strom durch dieses Bauelement bis zu dem Punkt aufgebaut hat, daß ein VBE über den Transistor Q9 angelegt ist, um partiell diesen einzuschalten und die Gate-Spannung des n-Kanal-Leistungsbauelements Q8 zu begrenzen, um den Strom durch dieses zu begrenzen, wie zuvor unter Bezugnahme auf die entsprechende Schaltung der Fig. 12 beschrieben wurde. Dann steuert kurze Zeit später der Prozessor die Spannung auf Leitung 416 wiederum auf niedrigen Pegel, was den Transistor Q10 einschaltet und das n-Kanal- Leistungsbauelement Q8 aus, um die Ventilsteuerkolbenbewegung zu initiieren. An diesem Punkt gibt es, obwohl der Haltestrom in Spule 202' schnell abfällt, noch eine beträchtliche Feldstärke in den zugehörigen magnetischen Teilen des Stellmagneten aufgrund des Fehlens eines nicht-magnetischen Spalts in der zugehörigen magnetischen Schaltung. So beginnt das Feld abzufallen, was eine Spannung über der Spule 202' erzeugt, die gleich Nd /dt ist. Wenn sich der Ventilsteuerkolben zu bewegen beginnt, wird die Geschwindigkeit des Zusammenfallens des Feldes in dem Stellmagneten, der der haltende Stellmagnet war, wegen des Vorhandenseins eines sich vergrößernden nicht-magnetischen Spalts in dem zugehörigen Magnetkreis beschleunigt. Dieses Zusammenfallen des Feldes setzt sich bei einer erhöhten Geschwindigkeit wegen der sich erhöhenden Geschwindigkeit des Ventilsteuerkolbens fort, bis der Ventilsteuerkolben an dem entgegengesetzten Ende, zu dem er sich bewegen soll, gestoppt wird. Während des überwiegenden Teils der Steuerkolbenbewegung wird der Strom in Spule 202' auf im wesentlichen Null abgefallen sein, wobei die Impedanz der parallel zur Stellmagnetspule 202' geschalteten Schaltungen relativ hoch ist. Demzufolge hängt die in der Spule 202' erzeugte Spannung primär von zwei Faktoren ab: erstens, dem Zusammenfallen des Feldes der Magnetkreises, der die Spule 202' umgibt, wegen des sich vergrößernden nichtmagnetischen Spalts in diesem Magnetkreis des Stellmagneten und, zweitens einer Einkopplung des Magnetfelds von der Anregung des entgegengesetzten Stellmagneten. Allgemein ausgedrückt, ist die Einkopplung der Erregung des entgegengesetzten Stellmagneten relativ gering, insbesondere wenn der Steuerkolben das Ende seines Weges erreicht, wegen des jetzt geringen und abnehmenden Magnetspalts in dem angeregten Stellmagneten und des relativ großen nicht-magnetischen Spalts in dem Stellmagneten, der eine im wesentlichen offene Spule aufweist. Wenn der Ventilsteuerkolben bei seiner Endposition stoppt, wird ein gegebenenfalls in dem nicht-angeregten Stellmagneten verbleibendes Restmagnetfeld stabil, so daß sich die Geschwindigkeit der Änderung der Feldstärke durch die Spule 202' plötzlich extrem verringert.
Das Endergebnis des Vorgenannten besteht darin, daß, sobald der Strom in dem haltendenden Stellmagneten beendet wird, um den Schnappvorgang des Ventilsteuerkolbens in Richtung des anderen Stellmagneten zu initiieren, die Gegen-EMK in der Stellmagnetspule des zuvor haltenden Stellmagneten erfaßt werden kann, um eine genaue Anzeige des Eintreffens des Ventilsteuerkolbens an einer vollständig betätigten Position zur Verfügung zu stellen, was wiederum verwendet werden kann, um die Anregung der ansteuernden Stellmagnetspule zu beenden. Der Endeffekt dessen besteht darin, daß sämtliche Variablen automatisch berücksichtigt werden können, einschließlich einer Variation von Einheit zu Einheit, Batteriespannungsänderungen, Temperaturänderungen, etc., indem das tatsächlich Eintreffen des Ventilsteuerkolbens an der vollständig betätigten Position ohne irgendeine exzessive Ansteuerung auf der betätigenden Stellmagnetspule, welche zu einem unnötigen Energieverbrauch und einem unnötigen Aufheizen des Steuerkolbenventils führen würde, festgestellt wird.
Es wird jetzt auf Fig. 15 Bezug genommen, in der ein Streifendiagramm zu sehen ist, das die aktuelle Signalform 420 in einem betätigenden Stellmagneten und die an der Spule des Stellmagneten, der zuvor arretiert war, gemessene Gegen- EMK 422 zeigt. Wenn der Strom 420 anfänglich ansteigt, bleibt der Steuerkolben in der arretierten Position. Sobald der Steuerkolben von der arretierten Position weggezogen wird und sich zu bewegen beginnt, wird eine sich erhöhende Gegen-EMK 422 in der Spule des Stellmagneten, bei dem der Steuerkolben zuvor arretiert war, erzeugt. Diese Gegen-EMK erhöht sich weiter, bis sie einen Spitzenwert zum Zeitpunkt des Eintreffens des Steuerkolbens in der neuen arretierten Position erreicht, zu welchem Zeitpunkt die Gegen-EMK rapide abfällt. Bei der in Fig. 15 gezeigten Kurve wurde die Spitze in der Gegen-EMK 422 verwendet, um die Antriebsspannung zu beenden und somit den Strom 420 in dem angeregten Stellmagnet, wobei selbst dann, wenn der Strom 420 anschließend für eine Zeitdauer fortgesetzt würde, die abfallende Gegen-EMK, die auftritt, sobald der Ventilsteuerkolben die neue Arretierungsposition erreicht, noch ähnlich der in Fig. 15 gezeigten wäre. Dementsprechend kann die Spitze in der Gegen-EMK-Kurve 422 als direkte Anzeige des Eintreffens des Steuerkolbens an der neuen arretierten Position verwendet werden, wobei der Stromimpuls zu dem anderen Stellmagneten zu diesem Zeitpunkt oder vorzugsweise kurze Zeit danach beendet wird, um ein Abklingen eines Prellens des Steuerkolbens an seiner neuen Position zu ermöglichen.
Die Spitze in der Gegen-EMK der Stellmagnetspule 200' des Stellmagneten 140 (Fig. 4) wird durch die Schaltung, die die Kondensatoren C4, C5 und C3, die Widerstände R8, R9, R10, R11, R12, R13 und den variablen Widerstand R23, die Komparatoren 440 und 442, das NAND-Gatter 444 und die Dioden D1 bis D4 aufweist, erfaßt. Diesbezüglich klammern die Dioden D1 und D2 das positive Eingangssignal zum Komparator 440 auf einen Spannungsbereich von nicht weniger als einen Spannungsabfall einer in Durchlaßrichtung leitenden Diode unter der Schaltungsmasse bis nicht mehr als einen Diodenspannungsabfall in Durchlaßrichtung über der 5-Volt-Spannungsversorgung. Die Dioden D3 und D4 andererseits begrenzen den Spannungsbereich des negativen Eingangs des Komparators 442 auf einen Durchlaßrichtungsdiodenspannungsabfall unter der Schaltungsmasse bis einen Durchlaßrichtungsdiodenspannungsabfall über der Schaltungsmasse. Beide Spannungsbereiche erstrecken sich über den Spannungsbereich des entgegengesetzten Eingangs zum zugehörigen Komparator hinaus, und demzufolge beeinflussen die Dioden nicht die Eingangssignale zu den Komparatoren um ihren Umschaltpunkt herum.
Wenn die Gegen-EMK der Stellmagnetspule 200' niedrig oder im wesentlichen Null und im wesentlichen unverändert ist, entlädt sich der Kondensator C5 über die Widerstände R9 und R10 derart, daß das positive Eingangssignal zum Komparator 414 im wesentlichen bei Masse bleibt. Das negative Eingangssignal andererseits bleibt eine gewisse Spannung über Masse um einen Betrag, der von der Einstellung des variablen Widerstands R23 abhängt. Dementsprechend wird der Ausgangstransistors des Komparators 440 eingeschaltet, wobei er das Ausgangssignal des Komparators gegen den Hochziehwiderstand R12 auf niedrigen Pegel hält. Dies sichert, daß ein Eingangssignal zum NAND-Gatter 444 niedrig ist, was das Ausgangssignal des NAND-Gatters 444 unabhängig von dem anderen Eingangssignal auf hohen Pegel bringt, wobei das Ausgangssignal zu dem Prozessor oder dem Ein-Chip-Computer 400 als Eingangssignal für diesen zurückgekoppelt wird.
Wenn die Gegen-EMK der Spule 200' anzusteigen beginnt, wenn der Ventilsteuerkolben damit beginnt, von dem zugehörigen Stellmagneten weggezogen zu werden, koppelt der Kondensator C3 die ansteigende Spannung über den Widerstand R8 an den negativen Eingang des Komparators 442, was jetzt sichert, daß das Ausgangssignal des Komparators 442 auf niedrigem Pegel gehalten wird, wodurch gesichert wird, daß das Ausgangssignal des NAND-Gatters 444 unabhängig vom Ausgangssignal des Komparators 440 auf hohem Pegel gehalten bleibt. Wenn die Gegen-EMK anzusteigen beginnt, koppelt der Kondensator C4 die ansteigende Gegen-EMK mit dem positiven Eingang des Komparators 440, wobei der Kondensator C5 ein relativ kleiner Kondensator ist, der primär der Rauschunterdrückung dient. Wenn das positive Eingangssignal zum Komparator 440 das negative Eingangssignal zum Komparator überschreitet, was kennzeichnet, daß die Gegen-EMK sich bei einer ausreichenden Rate und auf einen ausreichenden Pegel erhöht hat, um deutlich die Steuerkolbenbewegung anzuzeigen, wird der Ausgangstransistors des Komparators 440 ausgeschaltet, was es dem Widerstand R11 ermöglicht, den zugehörigen Eingang zum NAND-Gatter 444 auf hohen Pegel zu ziehen. Das Ausgangssignal des NAND-Gatters bleibt noch hoch, jedoch wegen des noch niedrigen zweiten Eingangssignals in das NAND-Gatter. Gleichzeitig steigt das negative Eingangssignal zum Komparator 442 um einen gewissen Betrag an, wobei außerdem das Ausmaß des Ansteigens in jedem Fall auf einen Durchlaßrichtungsdiodenspannungsabfall der Diode D4 begrenzt wird und ferner in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des Anstiegs der Gegen-EMK durch den Widerstand R8, welcher ein wesentlich geringerer Widerstand als der Widerstand R13 ist, begrenzt wird. Wegen des relativ geringen Werts des Widerstands R8 dient die Kombination des Kondensators C3 und des Widerstands R8 als Differentiator im interessierenden Frequenzbereich, was das negative Eingangssignal zum Komparator 442 über Masse hält, wenn sich die Gegen-EMK erhöht, aber denselben auf einen negativen Wert zieht, wenn die Gegen-EMK über die Spitze der in Fig. 15 gezeigten Kurve hinausgeht und irgendeinen Abfall beginnt, wodurch er als Spitzenwertdetektor dient.
Wenn die Gegen-EMK über diesen Spitzenwert hinausgeht und überhaupt absinkt, zieht der Kondensator C3 den negativen Eingang des Komparators 442 auf niedrigen Pegel, schaltet den Ausgangstransistors des Komparators 442 aus und gestattet dem Hochziehwiderstand R11, den zweiten Eingang des NAND-Gatters 444 auf hohen Pegel zu ziehen. Angenommen, das Ansteigen der Gegen-EMK war schnell genug und hoch genug, um in geeigneter Weise eine Steuerkolbenbewegung anzuzeigen, wie sie zuvor beschrieben wurde, so sind beide Eingänge zum NAND-Gatter 442 auf hohen Pegel unmittelbar nach der Spitze der Gegen-EMK, wodurch das Ausgangssignal des NAND-Gatters 444 auf niedrigen Pegel angesteuert wird, um dem Prozessor oder dem Ein-Chip-Computer zu signalisieren, daß die Steuerkolbenbewegung erfaßt worden ist und daß der Steuerkolben an dem Endpunkt seiner Bewegung eingetroffen ist. Der Prozessor kann dann dieses Signal verwenden, um den betätigenden Stromimpuls auf der Spule 202' auszuschalten, indem die Spannung auf Leitung 408 entweder unmittelbar nach dem Erfassen des Eintreffens des Ventilsteuerkolbens an der vollständig betätigten Position, wie in Fig. 15, oder alternativ kurze Zeit danach, um irgendein Prellen zu ermöglichen, um ein richtiges Arretieren mit Hilfe der Remanenz des magnetischen Materials zu sichern, auf niedrigen Pegel angesteuert wird.
Die soeben beschriebene Schaltung wird für die Stellmagnetspule 202' durch die Kondensatoren C6, C7 und C8, die Widerstände R16, R17, R18, R19, R20, R21 und den variablen Widerstand R24, die Dioden D5 bis D8, die Komparatoren 446 und 446 und das NAND-Gatter 450 dupliziert. Dementsprechend schafft die Schaltung gemäß Fig. 14 einen Schnappvorgang in beiden Richtungen der Bewegung des Steuerkolbenventils und eine tatsächliche Erfassung der Steuerkolbenbewegung, so daß jeder betätigende Stromimpuls schnell aber noch zuverlässig beim Eintreffen des Ventilsteuerkolbens an der neu betätigten Position beendet werden kann, um ein Aufheizen in dem Stellmagneten unabhängig von Betriebsbedingungen und Parametern zu minimieren, wodurch eine kleines Stellmagnetventil und ein hoher Betriebsstromimpuls ermöglicht werden, um die Operationszeit für das Steuerkolbenventil zu minimieren, ohne die relativ kleinen Stellmagnetspulen wesentlich zu erhitzen und insbesondere zu überhitzen.
Man beachte, daß der Prozessor oder Ein-Chip-Computer 400 nicht nur die verschiedenen Aspekte des Betriebs des Steuerkolbenventils steuert, sondern daß er im wesentlichen auch dessen Betrieb überwacht. Dementsprechend könnte der Computer darüber hinaus weitere Aufgaben ausführen. Wenn beispielsweise der Steuerkolben irgendeine Neigung zum Festkleben hat, kann der Computer das Fehlen des Eintreffens des Steuerkolbens an der betätigten Position innerhalb einer vorgegebenen Maximalzeitdauer erkennen und den Stromimpuls abschalten, wobei das Ventil noch nicht angesprochen hat, wodurch ein Überhitzen und mögliches Durchbrennen der Stellmagnetspule vermieden wird. Er kann darüber hinaus die Wiederholung eines solchen Ereignisses erfassen und vorübergehend oder permanent Versuche zum Betätigen des Steuerkolbenventils stoppen, wobei ein Ersetzen des Steuerkolbenventils oder des gesamten Einspritzers aussteht. Wenn ein Einzelcomputer verwendet wird, um eine Mehrzahl von Einspritzersteuerkolbenventilen über die verschiedenen Leitungen der verschiedenen Ports des Computers zu steuern, kann der Computer das defekte Ventil klar identifizieren. Da ferner der Computer weiß, wann er einen einen Stellmagneten betätigenden Stromimpuls initiiert hat, und dem Computer wiederum signalisiert wird, wenn diese Steuerkolbenbewegung abgeschlossen ist, kann der Computer die Länge der Zeit bestimmen, die für die Betätigung benötigt wird, und diese Zeit mit einer Standardzeit für die vorliegenden Betriebsbedingungen vergleichen, oder die Kurzzeitvariationen in der Länge der Betätigungszeit jedes Steuerkolbenventils, das von dem Computer gesteuert wird, überwachen. Dies kann insoweit wichtig sein, daß signifikante Kurzzeitänderungen in der Betätigungszeit eines Steuerkolbenventils eine Verschlechterung der Leistung infolge von Kontamination, Korrosion oder weiteren Faktoren andeuten, welche, sofern sie nicht korrigiert werden, zu einem Totalausfall des Ventils führen könnten, da die Temperatur, Batteriespannung, etc. keine Kurzzeitauswirkung auf das Steuerkolbenventil haben sollten. Dementsprechend kann der Computer eine Leistungsstatistik halten, welche zum Zeitpunkt einer geplanten Motorwartung abgefragt und verwendet werden kann, um die Notwendigkeit einer späteren ungeplanten Wartung zu vermeiden.
Es wird jetzt auf Fig. 17 Bezug genommen, in der eine Blockdarstellung eines Ausführungsbeispiels des Brennstoffeinspritzsystems gemäß der vorliegenden Erfindung zu sehen ist. Dieses Brennstoffeinspritzsystem, das primär für Mehr-Zylinder-Motoren vorgesehen ist, benutzt eine Master- Steuereinrichtung, die auf verschiedene Eingangssignale anspricht, um Steuersignale an einzelne Steuereinrichtungen zur Verfügung zu stellen, welche wiederum jeweils einen zugehörigen Einspritzer steuern. Bei einem typischen System würde die Master-Steuereinrichtung normalerweise auf solche Eingangssignale, wie die Gaseinstellung, die Motorgeschwindigkeit, die Motortemperatur, die Umgebungslufttemperatur und Kurbelwellenposition, ansprechen, um die Zeitgabe des Starts und der Dauer des Einspritzens für jeden Zylinder einzurichten. Bei einem solchen System würde die Master- Steuereinrichtung Steuersignale allgemein in der in Fig. 10 gezeigten Form zur Verfügung stellen, wobei einzelne Steuereinrichtungen der in Fig. 12 veranschaulichten allgemeinen Art oder andere hier beschriebene Ausführungsformen oder Variationen derselben, die auf das Steuersignal ansprechen, um den zugehörigen Einspritzer zu steuern, zur Verfügung stellen. Wenn beispielsweise die Steuereinrichtung gemäß Fig. 12 für die einzelnen Steuereinrichtungen verwendet wird, kann die gesamte Steuereinrichtung auf dem Einspritzer montiert werden oder, als eine erste Alternative, kann die Leistungssteuerelektronik auf dem Einspritzer (oder dessen Steuerkolbenventil) montiert werden, wobei der Ein-Chip-Computer in einer separaten Steuerbox, die von der Master- Steuereinrichtung kontrolliert wird, montiert wird. Darüber hinaus können, wie es in der Figur angedeutet ist, während die Master-Steuereinrichtung die einzelnen Steuereinrichtungen kontrolliert, welche wiederum die zugehörigen Einspritzer steuern, die Einspritzer wiederum Informationen zu den einzelnen Steuereinrichtungen bezüglich der erforderlichen Zeit der Betätigung für das darin befindliche Steuerkolbenventil zurückkoppeln. Die einzelnen Steuereinrichtungen könnten die Zeit der Betätigung für die Steuerkolbenventile verwenden, um Statistiken über die Einspritzeroperation zu sammeln, um diese zurück zu der Master-Steuereinrichtung zu übermitteln, welche über einen Diagnoseport an der Master- Steuereinrichtung entweder kontinuierlich zur Anzeige oder Aufzeichnung oder periodisch zum Zeitpunkt der eingeplanten Motorwartung abgefragt werden kann. Alternativ könnten selbstverständlich die einzelnen Steuereinrichtungen diese Steuerkolbenventilbetriebszeitperioden an die Master-Steuereinrichtung lediglich weiterleiten, wobei die Statistik darüber bei der Master-Steuereinrichtung für Diagnosezwecke bestimmt und gehalten wird.
Der Vorteil der Konfiguration gemäß Fig. 17 besteht darin, daß die einzelnen Steuereinrichtungen ausgehend von einem Steuersignalverlauf arbeiten, welcher der gleiche ist, wie bei der normalen Ansteuerung für bekannte stellmagnetbetätigte Einspritzventile, bei denen der Stellmagnet für die volle Dauer der Ventileinspritzperiode angeregt wird. Während die normale Ansteuerung für ein bekanntes Stellmagnetventil normalerweise von einer höheren Spannung wäre, könnte der Signalverlauf auf einfache Weise abgeschnitten, begrenzt oder auf andere Weise in den Eingangsspannungsbereich eines Ein-Chip-Computers oder einer anderen Ansteuerschaltung, die verwendet wird, übersetzt werden, so daß Einspritzer mit einzelnen Steuereinrichtungen möglicherweise in direktem Austausch bekannter stellmagnetbetriebener Einspritzventile verwendet werden könnten. Ein derartiges ieren, und den Stromimpuls in der entgegengesetzten Spule, um das Steuerkolbenventil in die Ursprungsposition zurückzubringen und dasselbe zu arretieren, um die Einspritzung zu beenden. Diese Stromimpulse können jedoch zeitlich eng benachbart oder sogar etwas überlappend sein, um eine anfänglich sehr kurze Einspritzperiode zu erhalten, der dann der vollständige Einspritzzyklus folgt, um die Vor-Einspritzung gefolgt von der normalen Einspritzung zur Verfügung zu stellen. Darüber hinaus kann der Stromimpuls zum Initiieren der Vor-Einspritzung absichtlich verkürzt werden, so daß eine vollständige Steuerkolbenventilbewegung zum Initiieren des Einspritzens nicht vor der Anregung der entgegengesetzten Stellmagnetspule erreicht wird. Diesbezüglich sei angemerkt, daß, wie zuvor beschrieben wurde, Steuereinrichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung die Zeit erfassen können, die zum vollständigen Betätigen des Steuerkolbenventils erforderlich ist, entweder gemessen vom Beginn des betätigenden Impulses oder, im Falle des Schnappvorgangs, vom Ende des Haltestroms, das ein Freigeben des Steuerkolbenventils zum Initiieren einer Betätigung ermöglicht. Diese Zeit der Steuerkolbenventilbetätigung kann während des normalen Einspritzzyklus (im Unterschied zum Vor-Einspritzen) gemessen werden. Während diese gemessene Zeit in Abhängigkeit von der Batteriespannung, den einzelnen Spulenwiderständen, der Temperatur, etc. variiert, integriert die Zeit für eine vollständige Bewegung des Steuerkolbenventils zum Initiieren einer Einspritzung im Endeffekt den Einfluß sämtlicher derartiger Variablen. Darüber hinaus ist die allgemeine Form der Kurve der Steuerkolbenventilposition über der Zeit während der Betätigung fest vorgegeben, auch wenn die Zeitbasis in Abhängigkeit von der Batteriespannung, etc. gedehnt oder komprimiert sein kann. Demzufolge kann man den aktuellen Betätigungsimpuls zum Bewirken einer geringeren als der vollständigen Steuerkolbenventilbewegung für eine Vor- Einspritzung als Prozentsatz des vollständigen normalen Einspritzstromimpulses als konstruktiven Parameter des Einspritzsystems bestimmen und dann diesen vorgegebenen Prozentsatz auf den letzten vollständigen Einspritzzyklus anwenden, um den aktuellen Impuls für den nächsten Vor- Einspritzzyklus zu bestimmen. Auf diese Weise kann ein sorgfältig zugeschnittener Vor-Einspritz-Zyklus trotz Variationen der Temperatur, Batteriespannung, etc. erreicht werden, da derartige Variationen zwischen einem Einspritzzyklus und dem nächsten Vor-Einspritzzyklus gering gemacht werden oder gemacht werden können (kapazitive Filterung der Batteriespannung, etc.).
Die Batteriespannung in einem richtig arbeitenden Motorsystem bleibt innerhalb vernünftiger Grenzen, und die vorliegende Erfindung ist insbesondere tolerant gegenüber Batteriespannungsänderungen wegen ihrer Fähigkeit, den Steuerkolbenventilbetätigungsstromimpuls zu beenden, sobald die Steuerkolbenventilbewegung abgeschlossen und ein Arretieren erreicht worden ist. Jedoch kann die Batteriespannung während des Startens des Motors drastisch abfallen, obwohl eine gute Kontrolle des Einspritzens während des Startens eines Motors, insbesondere eines kalten Motors noch erwünscht ist. Dementsprechend könnte für diese Zwecke eine Spannungsanhebeschaltung benutzt werden, wenn die Batteriespannung unter irgendeine vorgegebene Spannung abfällt, wie beispielsweise unter eine normale Betriebspannung, die das Betreiben des Startermotors anzeigt.
Für diese Zwecke ist, wie es in Fig. 19 gezeigt ist, eine Schaltung zur Erfassung einer niedrigen Spannung mit der Batterieversorgungsleitung für das Einspritzsystem verbunden. Wenn somit die Batteriespannung, wie sie dem Einspritzsystem geliefert wird, unter irgendeine vorgegebene Grenze abfällt, wie beispielsweise 10 oder 11 Volt bei einem 12-Volt-System (typischerweise 12,6 Volt) oder möglicherweise 22 Volt bei einem 24-Volt-System, gibt das Ausgangssignal der Niedrige-Spannung-Erfassungsschaltung den Betrieb eines Hochsetzschaltreglers frei, welcher wiederum eine hochgesetzte und geregelte Ausgangsspannung VOUT an eine Ventilversorgungsschaltschaltung zur Verfügung stellt. Hochsetzschaltregler stellen im allgemeinen eine konstante Ausgangsspannung VOUT unabhängig von der Eingangsspannung zur Verfügung und sind zu einem ordnungsgemäßen Betrieb von einem geringen Hochsetzen der Spannung bis zu einem Hochsetzen der Eingangsspannung um ein substantielles Mehrfaches in der Lage. Diesbezüglich besteht einer der Vorteile der vorliegenden Erfindung in dem Umstand, daß die zum Betätigen der Steuerkolbenventile erforderliche Durchschnittsleistung relativ gering ist, ein relativ geringer Bruchteil dessen, was von bekannten stellmagnet-kontrollierten Einspritzventilen erforderlich ist, so daß die Leistungsbereitstellungsfähigkeiten, die bei dem bei der vorliegenden Erfindung verwendeten Hochsetzschaltregler erforderlich sind, relativ moderat sind, insbesondere wenn man berücksichtigt, daß diese die Brennstoffeinspritzer für einen relativ großen Dieselmotor betreiben können.
Eine vollständige Schaltung der in Fig. 19 gezeigten Art ist in Fig. 20 zu sehen. Hier wird ein vom Widerstand 500 über eine Spannungsquelle 502 gelieferter Strom als positives Eingangssignal dem Komparator 504 zur Verfügung gestellt. Die Spannungsquelle 502 kann eine Zenerdiode oder eine andere Spannungsquelle sein, wie sie ohne weiteres kommerziell verfügbar sind. Das negative Eingangssignal zum Komparator 504 wird von einem die Widerstände 506 und 508 aufweisenden Spannungsteiler zur Verfügung gestellt. Im Betrieb hält die Spannungsquelle 502 das positive Eingangssignal für den Komparator auf der Spannung der Spannungsquelle. Wenn die Batteriespannung ausreichend hoch ist, ist die heruntergeteilte Spannung an dem negativen Eingang des Komparators 504 noch höher als die Spannung der Spannungsquelle 502, so daß das Ausgangssignal des Komparators auf Leitung 510 auf niedrigem Pegel gehalten wird. Wenn die Batteriespannung abfällt, hält die Spannungsquelle 502 das positive Eingangssignal an den Komparator auf der Spannung der Spannungsquelle, wohingegen die Spannung an dem negativen Eingang proportional zum Absinken der Batteriespannung abfällt, bis schließlich das positive Eingangssignal zum Komparator 504 höher als das negative Eingangssignal ist, was das Ausgangssignal des Komparators auf Leitung 510 auf hohen Pegel ansteuert. Wenn die Batteriespannung unter die Spannung der Spannungsquelle 502 abfällt, wird die Spannungsquelle ausgeschaltet. Jetzt ist die Spannung am positiven Eingang des Komparators im wesentlichen gleich der Batteriespannung, obwohl das negative Eingangssignal zum Komparator 504 eine von der Batteriespannung heruntergeteilte Spannung ist, so daß das positive Eingangssignal zum Komparator noch höher ist als das negative Eingangssignal, so daß der Komparator die Leitung 510 noch auf hohem Pegel hält.
Die Spannung von Leitung 510 stellt ein Freigabesignal an den Hochsetzschaltregler 512 zur Verfügung, der bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel eine integrierte Schaltung eines Impulsbreitenmodulationsschaltreglers ist. (Schaltregler der verschiedenen Arten, einschließlich Impulsbreitenmodulations- und Frequenzmodulationsregler, sind auf dem Gebiet der Elektronik gut bekannt und brauchen hier nicht näher beschrieben zu werden). Das Ausgangssignal der integrierten Impulsbreitenmodulationsschaltreglerschaltung wird über Leitung 514 mit der Basis des Transistors 516 gekoppelt. Wenn der Impulsbreitenmodulator 512 im Ergebnis einer geringen Batteriespannung freigegeben wird, schaltet das Ausgangssignal des Impulsbreitenmodulators 512 den Transistor 516 mit einer konstanten Frequenz ein und aus, allerdings bei einem Tastverhältnis, wie es zum Aufrechterhalten der Spannung auf Leitung 518 bei dem vorgegebenen gewünschten Pegel erforderlich ist, wie er durch die Rückkopplung auf Leitung 520 zum Impulsbreitenmodulator erfaßt wird. Insbesondere dann, wenn der Transistor 516 eingeschaltet ist, steigt der Strom in der Spule 522 linear an, wobei Energie in dem Magnetfeld der Spule aufgebaut wird. Wenn der Transistor 516 ausgeschaltet wird, spannt die Gegen-EMK der Spule 522 die Diode 524 in Durchlaßrichtung vor, so daß ein ladender Stromimpuls dem Kondensator 526 zur Verfügung gestellt wird, welcher wiederum den Strom an die Ventile über die Diode 528 liefert. Wenn die elektrische Last an einem solchen System relativ gering ist, wird der Transistor 516 mit einem relativ geringen Tastverhältnis eingeschaltet, so daß wenig Energie in der Spule 522 aufgebaut wird, bevor der Transistor ausgeschaltet wird. Wenn diese Energie zum Kondensator 526 über die Diode 524 geliefert wird, fällt der Strom in der Spule 522 erneut auf Null ab, wobei die Diode 524 anschließend einen umgekehrten Stromfluß vom Ausgang zurück zur Batterie verhindert. Wenn andererseits die elektrische Last an dem System relativ hoch ist, kann der Transistor 516 mit einem viel höheren Tastverhältnis eingeschaltet werden, so daß dann, wenn der Transistor 516 ausgeschaltet wird, ein höherer Stromimpuls dem Kondensator 526 über die Diode 524 geliefert wird, wobei der Transistor 516, der stets erneut eingeschaltet wird, die Energie in der Spule wieder auffüllt, noch bevor der Spulenstrom auf Null abfällt.
Wegen der Niedrigenergieanforderungen der Stellmagneten gemäß der vorliegenden Erfindung können Schaltregler einer vernünftigen Größe verwendet werden, um eine Batterieanschlußspannung von nur wenigen Volt auf die volle gewünschte Betriebsspannung des Systems hochzusetzen. Dies sichert die Leistungsfähigkeit des Einspritzsystems bei irgendeiner Batteriespannung, die ausreicht, um den Motor für Startzwecke umlaufen zu lassen. Selbstverständlich wird dann, wenn die Batteriespannung in der Schaltung gemäß Fig. 20 ausreichend hoch ist, das negative Eingangssignal zum Komparator 504 dessen positives Eingangssignal überschreiten, was die Freigabespannung auf Leitung 510 auf niedrigen Pegel ansteuert, so daß der Impulsbreitenmodulator 512 ausgeschaltet wird. Dies hält den Transistor 516 im Aus-Zustand, wobei die Batterieenergie über die Diode 530 zum Betreiben der Ventile geliefert wird. In diesem Zustand ist der Strom durch die Spule 522 gleich Null, da der Durchlaßrichtungsspannungsabfall der Diode 530 geringer als der für die beiden Dioden 524 und 528 erforderliche Durchlaßrichtungsdiodenspannungsabfall ist.
Es wird wieder auf Fig. 3 Bezug genommen; es wurde gefunden, daß eine sorgfältige Kontrolle der Vor-Einspritzung die Stickoxid(NOx)-Emission eines Dieselmotors wesentlich reduziert, sowie das Klopfen, durch das Dieselmotoren bisher gekennzeichnet waren, im wesentlichen beseitigt. So sollten spezielle Erwägungen der Vor-Einspritzung und ihrer Beziehung zur Haupteinspritzung gewidmet werden. Die Vor- Einspritzung initiiert die Verbrennung, so daß eine Hauptverbrennung mit dem Beginn der Haupteinspritzung beginnt, was im Endeffekt die ein Klopfen verursachende Verbrennungsverzögerung beseitigt, wobei gefunden wurde, daß diese Verzögerung die NOx-Emissionen erhöht. Demzufolge ist die zeitliche Abstimmung der Vor-Einspritzung in bezug auf die Haupteinspritzung sehr wichtig. Eine zu nah an der Haupteinspritzung angeordnete Vor-Einspritzung beseitigt nicht vollständig die Verzögerung des Einsetzens der Hauptverbrennung, doch eine zu frühe Vor-Einspritzung kann eine nahezu vollständige Verbrennung des vor-eingespritzen Brennstoffs bewirken, so daß wiederum die Hauptverbrennung nicht unmittelbar beim Initiieren der Haupteinspritzung initiiert wird. Im allgemeinen ist die beste Verzögerung zwischen der Vor- Einspritzung und der Haupteinspritzung relativ unabhängig von der Motorgeschwindigkeit, obwohl einer der Vorteile der vorliegenden Erfindung in der Fähigkeit besteht, genau sämtliche Parameter der Vor-Einspritzung und der Beziehung zwischen der Vor-Einspritzung und der Haupteinspritzung zu kontrollieren, um den Motorbetrieb unter variierenden Betriebsbedingungen zu optimieren.
Im allgemeinen liegt die gewünschte Verzögerung zwischen der Vor-Einspritzung und der Haupteinspritzung in der Größenordnung von 250 Mikrosekunden, so daß die Geschwindigkeit des Betriebs der Ventile und Steuereinrichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung wesentlich für ein Erreichen des gewünschten Ergebnisses ist. Darüber hinaus ist es gewünscht, nicht nur die Verzögerungszeitgabe zu variieren, sondern darüber hinaus die Menge der Vor-Einspritzung in Abhängigkeit von Motorbetriebsbedingungen und sogar Umgebungsbedingungen, da ein kalter Motor eine längere Verzögerung erfordern kann, ein leerlaufender Motor eine geringere Vor-Einspritzung, etc.
Mit der vorliegenden Erfindung stehen verschiedene Wege zur Verfügung, um die Vor-Einspritzung zu kontrollieren. Beispielsweise dann, wenn die Schaltung gemäß Fig. 14 verwendet wird, kann der in diesem Zusammenhang beschriebene Schnappvorgang verwendet werden, um genaue Kenntnis bezüglich der Initiierung der Steuerkolbenventilbewegung zur Verfügung zu stellen. An einigen Stellen wird die Vor-Einspritzung ausgeführt, indem das Ventil in der Einspritzposition arretiert und sehr schnell der entgegengesetzte Arretierungsimpuls zur Verfügung gestellt wird, um die Einspritzung auszuschalten. Jedoch kann in Abhängigkeit von dem Motor, dem Einspritzer und den Betriebsbedingungen deshalb, weil die gewünschte Vor-Einspritzung sehr kurz ist, der betätigende Stromimpuls beendet werden, bevor die Steuerkolbenbewegung abgeschlossen ist und dieser in der Einspritzposition arretiert. Statt dessen wird der betätigende Stromimpuls beendet, bevor die Steuerkolbenbewegung abgeschlossen ist, und der die Einspritzung beendende Stromimpuls wird initiiert, entweder unmittelbar nachdem der betätigende Stromimpuls beendet ist oder sogar unmittelbar bevor der betätigende Stromimpuls beendet wird, so daß es eine geringfügige Überlappung zwischen den zwei Impulsen gibt. Da die Haupeinspritzung sehr kurz nach der Vor-Einspritzung beginnt, kann es sein, daß das Steuerkolbenventil nicht an der Einspritzung-Aus-Position arretiert, bevor der die Haupteinspritzung initiierende Impuls auftritt. Selbst hier jedoch kann der die Haupteinspritzung initiierende Impuls geringfügig den die Vor-Einspritzung beendenden Impuls überlappen, wenn es gewünscht ist, einen Schnappvorgang zu Beginn der Haupteinspritzung zur Verfügung zu stellen, da ein Schnappvorgang noch ohne Arretierung erreicht wird, da die Stromimpulse von gleicher Amplitude sind und das Steuerkolbenventil näher an der Einspritzung-Aus-Position ist.
Statt des Verwendens des Schnappvorgangs bei der Initiierung der Vor-Einspritzung, wie es oben beschrieben wurde, kann der Beginn der tatsächlichen Steuerkolbenventilbewegung erfaßt werden, was möglicherweise eine sogar noch genauere Referenz zur Verfügung stellt, von welcher ausgehend eine Steuerkolbenbewegung in Erwiderung der die Vor-Einspritzung steuernden Stromimpulse angenommen wird. Insbesondere wurde es zuvor unter Bezugnahme auf Fig. 15 ausgeführt, das beim Beginn eines betätigenden Stromimpulses die Kurve 422 anfänglich nach unten driftet, aber beim Initiieren der Bewegung des Steuerkolbenventils aufwärts geht. Demzufolge kann die Änderung des Anstiegs auf einfache Weise durch gut bekannte Techniken erfaßt werden und verwendet werden, um die Initiierung der Bewegung anzuzeigen. Ansonsten kann der Betrieb des Einspritzsystems in der beschriebenen Weise erfolgen.
Ein weiterer Weg zur Steuerung einer Vor-Einspritzung, der verwendet werden kann, besteht darin, den Beginn der Vor-Einspritzung durch Erfassung eines Parameters zu erfassen, der direkt von der Vor-Einspritzung abhängig ist. Zu diesem Zweck wurde ein Druckwandler am Auslaß der unter Druck stehenden Brennstoffversorgung, die die Einspritzer versorgt, verwendet. Die Initiierung und das Ende der Vor- Einspritzung kann durch einen plötzlichen Abfall des Druckes bzw. einen plötzlichen Anstieg des Druckes erfaßt werden. Im allgemeinen wurde die Initiierung der Vor-Einspritzung auf diese Weise bei Testeinspritzern gemäß der vorliegenden Erfindung erfaßt, wobei der Rest der Vor-Einspritz- und Haupteinspritzzyklen in der oben beschriebenen Weise gesteuert wurde.
Ein weiterer Weg zum Steuern der Vor-Einspritzung besteht darin, den Zylinderdruck für jeden Zylinder des Motors zu erfassen, beispielsweise durch Verwendung eines Dehnmeßstreifens. Während dies mehrere Wandler, die unter einer widrigen Umgebung betrieben werden, erfordern würde, würde dies nicht nur den Druckanstieg infolge der Vor-Einspritzung erfassen, sondern würde außerdem Informationen über die Balance zwischen den Zylindern für die Vor-Einspritzung, Haupteinspritzung und Kompression selbst und Informationen zur Verfügung stellen, mit welchen eine derartige Balance aufrechterhalten werden könnte, und würde sehr nützliche Diagnoseinformationen zum Aufrechterhalten einer Spitzenmotorleistung zur Verfügung stellen. Diesbezüglich können die Einspritzer jeweils zum Zeitpunkt der Herstellung bezüglich bestimmter Parameter, die speziell für diesen Einspritzer zutreffen, die beispielsweise die Einspritzdurchflußrate, die Betriebsgeschwindigkeit beeinflussende Parameter, etc., charakterisiert werden, und jeder Einspritzer könnte mit einem Buchstabencode oder einem anderen Code, der diese Parameter anzeigt, markiert werden. Dann würde bei der Installation an einem Motor der Einspritzsystemsteuereinrichtung der Code für jeden Einspritzer derart zur Verfügung gestellt werden, daß die Steuereinrichtung jeden Einspritzer mit den richtigen Steuerparametern abgleicht. Eine derartige Einspritzercharakterisierung kann auf einer für diese Zwecke eingerichteten Testausrüstung erledigt werden oder sogar an einem laufenden Motor (typischerweise einem Ein-Zylinder-Motor), so daß Druckverläufe abgenommen werden können, die Effektivität auf ein Maximum gebracht und Lärm, Emission, etc. gemessen und durch die Charakterisierung der Einspritzer minimiert werden können. Beispielhafte Steuereinrichtungssysteme, die Brennstoffdruck und Zylinderdrücke benutzen, sind in Blockdarstellungsform in den Fig. 21 bzw. 22 gezeigt. Außerdem ist diesen Figuren die Verwendung der Zylindertemperaturen anstelle oder zusätzlich zu der Gesamtmotortemperatur gezeigt. Zylindertemperaturen können durch Thermoelemente oder andere Temperatursensoren gemessen werden und sind nicht nur für die Zwecke einer Ausbalancierung der Zylinder nützlich, sondern darüber hinaus für die Bereitstellung einer Anzeige kombinierter Effekte der Motorbetriebsbedingungen (Motortemperatur, Last, etc.) und Umgebungsbedingungen (Umgebungslufttemperatur). Darüber hinaus ist die Verwendung eines Umgebungsluftdrucksensors gezeigt, der nützlich ist, um die Maximalmenge der Hauptkraftstoffeinspritzung in Relation zur Gesamtmenge der für die Verbrennung aufgenommenen Luft zu begrenzen.
Die Geschwindigkeit des erfindungsgemäßen Einspritzsystems und die Flexibilität des Steuersystems gestatten die Steuerung verschiedener Parameter unter variierenden Betriebsbedingungen, selbst bei druckerhöhenden Einspritzern. Offensichtlich schafft die Steuerung der Dauer der Hauptspritzung die grundlegende Leistungssteuerung. Zusätzlich ist es jedoch vorgesehen, daß die endgültige Kontrolle bestimmt wird, indem ein repräsentativer Motor bei verschiedenen Kombinationen der Last und Umdrehungszahlen (RPM) betrieben wird und die besten Parameter für eine optimale Leistung für jede Kombination von Last und Umdrehungszahl, die getestet wurden, bestimmt werden. Es ist möglich, daß die Parameter für das Fahren in der Stadt sich absichtlich unterscheiden würden von denjenigen für das Fahren über Land, da Lärm vielmehr ein Problem im Stadtbetrieb als im Betrieb über Land ist. Zu variierende Parameter schließen die Breite des die Vor-Einspritzung initiierenden Stromimpulses, die Zeit, in der das Steuerkolbenventil bei der Vor-Einspritzung geöffnet gehalten wird, die Gesamtdauer der Vor-Einspritzung und darüber hinaus ein, wie weit die Initiierung und Beendigung der Impulse zeitlich beabstandet ist oder wieviel sie sich überlappen, sowie die zeitliche Abstimmung zwischen der Vor-Einspritzung und der Haupteinspritzung. Es ist vorgesehen, daß diese und möglicherweise weitere Parameter bei repräsentativen Betriebspunkten über den vollen Motorbetriebsbereich von Last und Umdrehungszahl, wie es in Fig. 23 gezeigt ist, bestimmt werden und daß die Steuereinrichtung jeden Parameter zwischen den Testpunkten interpoliert, wie es während des normalen Motorbetriebs erforderlich ist (Testpunkte können sich außerhalb des normalen Betriebsbereichs zu Interpolationszwecken selbst dann befinden, wenn das Einspritzer-Steuersystem einen normalen Motorbetrieb bei solchen Extrema verhindert).
Es wird jetzt auf Fig. 24 Bezug genommen, in der ein weiteres Ausführungsbeispiel der Kraftstoffeinspritzsystemsteuereinrichtung der vorliegenden Erfindung zu sehen ist. Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 14 nur darin, daß eine Seite jeder Stellmagnetspule mit Masse verbunden ist, statt sie, wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 14, auf ein hohes Potential zu legen. Da der Betrieb dieses Ausführungsbeispiels dem des von Fig. 14 gleicht, wird die zuvor gegebene detaillierte Beschreibung dieses Betriebs hier nicht wiederholt, die Schaltung jedoch präsentiert, da sie gegenwärtig gegenüber dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 14 bevorzugt wird.

Claims

1. Kraftstoffeinspritzsystem mit:

einem Kraftstoffeinspritzer (50);

einem Einspritzerventilelement (120) zum Anschluß an eine Druckfluidquelle (108), wobei das Einspritzerventilelement (120) an den Kraftstoffeinspritzer (50) angeschlossen ist;

einer ersten Stellmagnetspule (138), um das Ventilelement (120) magnetisch in eine erste Stellung zu bewegen, um die Kraftstoffeinspritzung durch den Kraftstoffeinspritzer (50) in Abhängigkeit von einem Betätigungsstrom in der ersten Stellmagnetspule (138) zu stoppen;

einer zweiten Stellmagnetspule (140), um das Ventilelement (120) in eine zweite Stellung zu bewegen, um die Kraftstoffeinspritzung durch den Kraftstoffeinspritzer (50) in Abhängigkeit vom Betätigungsstrom in der zweiten Stellmagnetspule (140) zu bewirken;

einem elektronischen Steuerungssystem, das an die erste Stellmagnetspule (138) und die zweite Stellmagnetspule (140) angeschlossen ist, wobei das Steuerungssystem den Betätigungsstrom an eine der Stellmagnetspulen liefert und den Betätigungsstrom zur anderen Stellmagnetspule unterbricht, um das Ventilelement (120) in eine der ersten und zweiten Stellungen zu bewegen, wobei das Steuerungssystem durch eine Sensorschaltung gekennzeichnet ist, die an die andere Stellmagnetspule angeschlossen ist, um eine elektromotorische Rückstellkraft (Rückstell-EMK) in der anderen Stellmagnetspule zu erfassen, die aus der Bewegung des Ventilelements (120) resultiert, und um den Betätigungsstrom zu der einen Stellmagnetspule zu unterbrechen, nachdem das Ventilelement (120) an der einen der ersten und der zweiten Positionen angekommen ist oder kurze Zeit danach, nachdem ein etwaiger Aufprall abgeklungen ist.

2. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 1, wobei das Ventilelement (120) dazu tendiert, aufgrund von Restmagnetismus in der ersten Stellung zu verbleiben, wenn sich der Strom in der ersten Stellmagnetspule (138) auf Null vermindert, und bedingt durch Restmagnetismus, in der zweiten Stellung zu verbleiben, wenn sich der Strom in der zweiten Stellmagnetspule (140) auf Null vermindert, wobei der Restmagnetismus vorzugsweise zumindest zum Teil der Restmagnetismus des Ventilelements (120) ist und wobei das Ventilelement (120) vorzugsweise ein Schieberventilelement ist.

3. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 1 oder 2, das außerdem Mittel aufweist, die auf die Betätigungszeit zwischen dem Anlegen eines Stroms an eine Stellmagnetspule und dem Zeitpunkt anspricht, an dem das Ventilelement (120) die durch den Strom in der jeweiligen Stellmagnetspule bewirkte Stellung erreicht, um die Veränderung der Betätigungszeiten bei aufeinanderfolgenden Betriebszyklen des Krafteinspitzsystems zu überwachen, wobei das elektronische Steuerungssystem vorzugsweise mikroprozessorgesteuert ist.

4. Kraftstoffeinspritzsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, das weiterhin eine zweite Sensorschaltung aufweist, die an die andere der Stellmagnetspulen angeschlossen ist, um ebenfalls zu erfassen, wann das Ventilelement (120) die durch den Strom in der gegenüberliegenden Stellmagnetspule bewirkte Stellung erreicht, und um den Strom in dem jeweils hiervon abhängigen Stellmagneten zu unterbrechen.

5. Kraftstoffeinspritzsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das elektronische Steuerungssystem zeitweise einen Haltestrom an eine der Stellmagnetspulen liefert, um das Ventilelement (120) in seiner dann eingenommenen Stellung zu halten, wenn ein Betätigungsstrom an die andere Stellmagnetspule angelegt wird, und woraufhin der Haltestrom unterbrochen wird, um das Ventilelement (120) zur Betätigung freizugeben.

6. Kraftstoffeinspritzsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das elektronische Steuerungssystem Sensoren aufweist, um wenigstens auf Betriebszustände eines Motors oder auf Umweltbedingungen zu reagieren, und wobei der Mikroprozessor auf Sensoren reagiert, um die Stellung des Ventilelements (120) zu steuern, um die Kraftstoffeinspritzungen durch den Einspritzer auszulösen und zu beenden.

7. Kraftstoffeinspritzsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das elektronische Steuerungssystem Strom an die erste Stellmagnetspule (138) und die zweite Stellmagnetspule (140) liefert, um eine Kraftstoffeinspritzung auszulösen und um die Kraftstoffeinspritzung kurz danach zu beenden und somit einen Voreinspritzzyklus zu schaffen, und wobei es Strom an die erste (138) und die zweite (140) Stellmagnetspule liefert, um eine Kraftstoffeinspritzung kurze Zeit nach der Voreinspritzung auszulösen und die Kraftstoffeinspritzung zu beenden.

8. Verfahren zum Steuern eines Kraftstoffeinspritzsystems, wobei das Kraftstoffeinspritzsystem folgende Merkmale aufweist: einen Kraftstoffeinspritzer (50), ein Einspritzerventilelement (120), das mit dem Kraftstoffeinspritzer (50) verbunden ist, eine erste Stellmagnetspule (138), um das Ventilelement (120) magnetisch in eine erste Stellung zu bewegen, um damit die Kraftstoffeinspritzung durch den Kraftstoffeinspritzer (50) in Reaktion auf einen Betätigungsstrom in der ersten Stellmagnetspule (138) auszulösen, eine zweite Stellmagnetspule (140), um das Ventilelement (120) in eine zweite Stellung zu bewegen, um die Kraftstoffeinspritzung durch den Kraftstoffeinspritzer in Reaktion auf den Betätigungsstrom in der zweiten Stellmagnetspule (140) zu beenden, und ein elektronisches Steuerungssystem, das an die erste Stellmagnetspule (138) und die zweite Stellmagnetspule (140) angeschlossen ist, um den Betätigungsstrom bereitzustellen, wobei das Verfahren folgende Merkmale aufweist:

Liefern eines Betätigungsstroms an eine der Stellmagnetspulen; und

Unterbrechen des Betätigungsstroms zu der anderen Stellmagnetspule; und sodann

Messen einer Rückstell-EMK in der anderen Stellmagnetspule, die aus der Bewegung des Ventilelements (120) resultiert; und sodann

Unterbrechen des Betätigungsstroms zu der einen Stellmagnetspule, nachdem das Ventilelement (120) die eine der ersten und zweiten Betätigungsstellungen erreicht hat oder kurze Zeit nachdem ein etwaiger Aufprall abgeklungen ist.

9. Verfahren nach Anspruch 8, das zusätzlich das Liefern des Betätigungsstroms an die andere Stellmagnetspule vor oder gleichzeitig mit dem Liefern des Betätigungsstroms an die eine Stellmagnetspule aufweist, und wobei der Betätigungsstrom an die andere Betätigungsspule unterbrochen wird, nachdem der Betätigungsstrom an die eine Betätigungsspule geliefert wird.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, das zusätzlich das Liefern des Betätigungsstroms an die andere Stellmagnetspule aufweist, nachdem der Betätigungsstrom zu der einen Stellmagnetspule unterbrochen wurde, und wobei das Ventilelement (120) aufgrund des Restmagnetismus dazu tendiert, in der ersten Stellung oder der zweiten Stellung zu verbleiben.