EP2044316A1 - Verfahren zum einspritzen von brennstoff mittels eines brennstoffeinspritzsystems - Google Patents

Verfahren zum einspritzen von brennstoff mittels eines brennstoffeinspritzsystems

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EP2044316A1
EP2044316A1 EP06777813A EP06777813A EP2044316A1 EP 2044316 A1 EP2044316 A1 EP 2044316A1 EP 06777813 A EP06777813 A EP 06777813A EP 06777813 A EP06777813 A EP 06777813A EP 2044316 A1 EP2044316 A1 EP 2044316A1
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EP
European Patent Office
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fuel injection
valve
injection valve
holding current
time
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP06777813A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Axel Storch
Corren Heimgaertner
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP2044316A1 publication Critical patent/EP2044316A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M45/00—Fuel-injection apparatus characterised by having a cyclic delivery of specific time/pressure or time/quantity relationship
    • F02M45/12—Fuel-injection apparatus characterised by having a cyclic delivery of specific time/pressure or time/quantity relationship providing a continuous cyclic delivery with variable pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/20—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02M51/06—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle
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    • F02M61/1806—Injection nozzles, e.g. having valve seats; Details of valve member seated ends, not otherwise provided for characterised by the arrangement of discharge orifices, e.g. orientation or size
    • F02M61/1833—Discharge orifices having changing cross sections, e.g. being divergent
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02M51/0614—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle using electromagnetic operating means characterised by arrangement of electromagnets or fixed armature
    • F02M51/0617—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle using electromagnetic operating means characterised by arrangement of electromagnets or fixed armature having two or more electromagnets

Definitions

  • the invention relates to a method for injecting fuel by means of a fuel injection system according to the preamble of claim 1 and according to the preamble of claim 12 with respect to a fuel injection system according to the invention.
  • a fuel injection valve which has a core, a magnetic coil and an acted upon by the solenoid in a stroke direction against a return spring armature and a valve needle.
  • the valve needle is fixedly connected to both the armature and a valve closing body which cooperates with a tight sealing seat and forms a movable valve member.
  • an auxiliary body is arranged between the armature and the valve closing body, which is movable relative to the valve needle.
  • the valve needle is designed in such a way with a driving means, that with a movement of the auxiliary body in the stroke direction, the valve needle can be accelerated in the same direction and a quick opening of the fuel injection valve is made possible.
  • a disadvantage of the fuel injection valve known from the above-mentioned document is in particular that although the ⁇ fmungsmos of the fuel injection valve can be done quickly, but the closing movement is linearly delayed with time. This adversely affects the throttle phase of the fuel injection valve and causes poor mixture preparation due to a fuel jet having the shape of a cone, wherein the cone angle is small.
  • a large cone angle of the exiting fuel jet is desirable, so that the divergence of the exiting fuel jet
  • Fuel jet can fill the combustion chamber well with a fuel-air mixture, which in turn ensures a uniform and complete combustion of the fuel-air mixture in the combustion chamber of an internal combustion engine.
  • the inventive method for injecting fuel or a fuel injection system with a fuel injection valve and a control unit having the characterizing features of claim 1 or of claim 12, has the advantage that the valve needle is briefly stopped during the closing operation, so that the Gap, which has formed because of the stroke of the valve needle between the valve seat and valve closing body remains constant for a certain period.
  • This throttling of the fuel injection valve which corresponds to an extension of the closing operation, has an advantageous effect on the jet angle close to the jet at the nozzle exit, i. the nozzle-near beam angle is increased by the method according to the invention. This results in a better atomization of the expanded fuel jet and thus improved air detection, whereby the ignitability of the formed fuel-air mixture is increased.
  • Another advantage of the invention is an expansion of the spatial and temporal tolerance of the assignment of the beam and the spark. That means the actual
  • Ignition timing of the optimal, calculated or determined in a simulation ignition timing may be premature as well as delayed by a small tolerance time.
  • An expansion of spatial tolerance means that even a more dilute fuel-air mixture in the
  • Combustion chamber can be optimally ignited.
  • the injected fuel is throttled in the valve seat of the nozzle.
  • This effect is adjustable in response to a stroke of the valve needle and therefore adaptable to various embodiments of fuel injectors. It is also advantageous that the throttling of the fuel injection valve can be switched on and off again by means of a control device provided for this purpose.
  • a double coil can be used, which can optionally be switched on or off for faster opening and closing of the fuel injection valve.
  • Fig. 2 is a current-time diagram of the current, as according to the invention
  • FIG. 3 shows a stroke-time diagram of the valve needle according to the method according to the invention
  • FIG. 5 shows an inventive fuel injection system consisting of a
  • Fuel injection valve and a control unit for the targeted injection of fuel are provided.
  • Fig. 7 shows a detail VII of the fuel injection valve according to the invention in Fig. 1, the difference between a single cone angle and a
  • a control unit 9 which is part of a fuel injection system 1 according to the invention, determines in a first method step that for the opening phase 10 and the closing phase 11 of the fuel injection valve 1 in total one
  • Time span t ges 15 is provided. Within this time span t ges 15, which results from summation of a time period t a 16 and a time period t s 17, an opening phase 10 for the fuel injection valve 2 which corresponds to the time period t a 16 and to an ordinate of the state-time Diagram applied state "1" corresponds and a closing phase 11, which corresponds to the time period t s 17 and the plotted on an abscissa of the state-time diagram state "0" determined.
  • the inventive method for targeted injection of fuel by means of a fuel injection system 1 comprises, as shown in Fig. 5, a fuel injection valve 2 with a magnetic coil 3, which cooperates with an acted upon by a return spring 4 anchor 5, which together with a valve needle 6 an axially movable Valve part forms and a control unit 9 for driving the fuel injection valve 2.
  • a valve closing body 7 is provided, which forms a sealing seat with a valve seat body 8.
  • control unit 9 is in a first process step for the fuel injection valve 2, an opening phase 10 with a first holding current 12 and in a second process step after the opening phase 10 beginning closing phase 11 with a second holding current 13 before.
  • the second method step is a targeted extension of a throttle phase of the fuel injection valve 2 during the period of time determined by the time t a 16 and a switch-off time t c 21.
  • a widening of the injected fuel jet 25 takes place, ie a single jet cone angle 39 of the conical single fuel jet 25 is increased, the total cone angle 40 remains almost constant. This is shown in FIG.
  • the current flow in the solenoid 3 during the closing phase 11 of the fuel injector 2 is set so that the magnetic field generated by the second holding current 13 causes a certain magnetic force, so that the valve needle 6 experiences a defined non-zero stroke 14 and this constant over a defined period of time, which is shorter than the closing phase 11 remains constant.
  • the stroke 14 caused by the second holding current 13 is smaller than the stroke 14 caused by the first holding current 12.
  • Fig. 2 shows a current-time diagram of the current, as it is impressed according to the method according to the invention by means of the control unit 9 of the magnetic coil 3.
  • a bias current 1 ⁇ n 19 for biasing.
  • the current in the magnetic coil 3 increases to the time t m 20 to the value I 103x 44, after in the solenoid coil 3, the bias current 1 ⁇ n 19 has flowed.
  • Fig. 2 shows the drop in the current flowing in the magnetic coil 3 of I 103x 44 to the time until the end of the opening phase 10 constant first holding current 13. The duration of the first holding current 12 in the
  • ⁇ ffhungsphase 10 is also defined by the control unit 9.
  • the control unit 9 determines a lower current intensity of the second holding current 13 than that of the first holding current 12 and a switch-off time t c 21 within the closing phase 11 of the fuel injection valve 2.
  • Fig. 3 shows a stroke-time diagram of the method according to the invention, wherein in a third step within the time t b 18, a stroke 14 of the valve needle 6 is set to zero.
  • a stroke 14 of the valve needle 6 At a time t ⁇ j 22, which is later than t ⁇ 20, the stroke 14 of the valve needle 6 has risen to a time constant to the end of the opening phase 10 maximum stroke 23.
  • the stroke 14 of the valve needle 6 has dropped to less than half of this maximum lift 23 and remains until the switch-off time t c 21 in the closing phase 11 constant over time.
  • different slopes having variants of a closing operation 41, 42 and 43 for the fuel injection valve 2 are applicable.
  • Opening phase 10 and in the closing phase 11 emits an injection amount of fuel that increases linearly with time until the turn-off time t c 21 and after the turn-off time t c 21 until the end of the closing phase 11 is constant in time zero, with small injection quantities, in particular during the opening and closing of the fuel injection valve 2, the injection quantity as a function of the injection time may deviate from the linear relationship, this non-linear deviation being corrected in the control unit 9 by corresponding characteristic curves.
  • FIG. 5 shows a fuel injection system 1 according to the invention with a fuel injection valve 2 and a control unit 9 for the targeted injection of fuel.
  • the fuel injection valve 2 comprises a magnetic coil 3 which is wound on a coil carrier 26.
  • the bobbin 26 is encapsulated in a valve housing 27.
  • the bobbin 26 is penetrated by serving as an inner pole core 29, which is designed tubular.
  • the valve housing 27 can serve. Downstream of the inner pole 29, an armature 5 is arranged, the z. B. is integrally formed on a valve needle 6.
  • valve needle 6 is preferably by welding in operative connection with a in
  • Embodiment conical valve closing body 7 which forms a sealing seat with a valve seat surface 32 of a valve seat body 8. Upstream of the sealing seat, a swirl disk 33 is provided. In the valve seat body 8, at least one injection opening 34 is formed, from which the fuel is injected into the combustion chamber, not shown.
  • the armature 5 is acted upon in the idle state of the fuel injection valve 1 by a return spring 4, that the fuel injection valve 2 by the pressure of the valve closing body. 7 is kept closed on the valve seat body 8.
  • the return spring 4 is arranged in a recess of the inner pole 29 and is brought via a flange and by an adjusting sleeve 38 to bias.
  • the fuel which is supplied via a central fuel supply 35, flows through the fuel injection valve 2 through the recess of the inner pole 29 and reaches the sealing seat and the injection opening 34.
  • the fuel injection valve 2 is closed as soon as the magnetic coil 3 exciting current is turned off and the magnetic field is reduced so far that the return spring 4 pushes the armature 5 from the inner pole 29, whereby the valve needle 6 moves in the outflow direction and the valve closing body 7 touches on the valve seat body 8 ,
  • Control unit 9 and fuel injection valve 2 form the fuel injection system 1 according to the invention for injecting fuel into a combustion chamber, not shown, of an internal combustion engine, wherein the fuel injection valve 2 undergoes a throttling during the closing phase 11.
  • Fig. 6 shows a possible injection hole geometry, which has a great influence on the expression of the jet-widening effect, wherein a large ratio of the step diameter D to the spray hole diameter d is advantageous and the spray hole can be tapered.
  • Fig. 7 the detail VII of Fig. 1 is shown enlarged. This clarifies the difference between the single cone angle and the total cone angle.
  • the invention is not limited to the illustrated embodiment. In particular, any combinations of the various features are possible.

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Abstract

Ein Brennstoffeinspritzsystem (1) zum gezielten Einspritzen von Brennstoff bestehend aus einem Brennstoffeinspritzventil (2), welches eine Magnetspule (3), die mit einem von einer Rückstellfeder (4) beaufschlagten Anker (5) zusammenwirkt, der zusammen mit einer Ventilnadel (6) ein axial bewegliches Ventilteil bildet, umfasst und aus einem Steuergerät (9). Das Steuergerät (9) gibt für das Brennstoffeinspritzventil (2) eine Öffnungsphase (10) mit einem ersten Haltestrom (12) und eine nach der Öffnungsphase (10) beginnende Schließphase (11) mit einem zweiten Haltestrom (13) vor, wobei der Stromverlauf in der Magnetspule (3) während der Schließphase (11) des Brennstoffeinspritzventils (2) so festgelegt ist, dass das durch den in der Magnetspule (3) fließenden zweiten Haltestrom (13) erzeugte Magnetfeld eine bestimmte Magnetkraft bewirkt, so dass dadurch die Ventilnadel (6) einen definierten von Null verschiedenen Hub (14) erfährt und diesen über eine definierte Zeitspanne konstant beibehält.

Description

Vcrfahrcn zum Einspritzen von Brennstoff mittels eines Brennstoffeinspritzsystems
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Einspritzen von Brennstoff mittels eines Brennstoffeinspritzsystems gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und gemäß des Oberbegriffs des Anspruchs 12 bezüglich eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzsystems.
Aus der DE 198 55 547 Al ist ein Brennstoffeinspritzventil bekannt, welches einen Kern, eine Magnetspule und einen durch die Magnetspule in einer Hubrichtung gegen eine Rückstellfeder beaufschlagbaren Anker sowie eine Ventilnadel aufweist. Die Ventilnadel ist sowohl mit dem Anker als auch mit einem Ventilschließkörper, der mit einem festen Dichtsitz zusammenwirkt, fest verbunden und bildet ein bewegbares Ventilglied. Auf der Ventilnadel ist zwischen dem Anker und dem Ventilschließkörper ein Hilfskörper angeordnet, der relativ zur Ventilnadel bewegbar ist. Die Ventilnadel ist derart mit einem Mitnehmermittel ausgeführt, dass bei einer Bewegung des Hilfskörpers in Hubrichtung die Ventilnadel in gleicher Richtung beschleunigbar ist und ein schnelles Offnen des Brennstoffeinspritzventils ermöglicht wird.
Nachteilig bei dem aus der oben genannten Druckschrift bekannten Brennstoffeinspritzventil ist insbesondere, dass zwar die Öfmungsbewegung des Brennstoffeinspritzventils schnell erfolgen kann, die Schließbewegung jedoch linear mit der Zeit verzögert verläuft. Dies wirkt sich nachteilig auf die Drosselphase des Brennstoffeinspritzventils aus und bewirkt eine schlechte Gemischaufbereitung infolge eines Brennstoffstrahls, der die Form eines Kegels aufweist, wobei der Kegelwinkel gering ist. Für eine optimale Gemischaufbereitung ist ein großer Kegelwinkel des austretenden Brennstoffstrahls wünschenswert, so dass die Divergenz des austretenden Brennstoffstrahls den Brennraum gut mit einem Brennstoff-Luft Gemisch füllen kann, was wiederum eine gleichmäßige und vollständige Verbrennung des Brennstoff-Luft Gemisches im Brennraum einer Brennkraftmaschine gewährleistet.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Einspritzen von Brennstoff bzw. ein Brennstoffeinspritzsystem mit einem Brennstoffeinspritzventil und einem Steuergerät, das die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 12 aufweist, hat demgegenüber den Vorteil, dass die Ventilnadel während des Schließvorgangs kurzzeitig gestoppt wird, so dass der Spalt, der sich wegen des Hubs der Ventilnadel zwischen Ventilsitz und Ventilschließkörper gebildet hat, für einen gewissen Zeitraum konstant bleibt. Diese Androsselung des Brennstoffeinspritzventils, die einer Verlängerung des Schließvorgangs entspricht, wirkt sich vorteilhaft auf den düsennahen Strahlkegelwinkel am Düsenaustritt aus, d.h. der düsennahe Strahlkegelwinkel wird durch das erfindungsgemäße Verfahren vergrößert. Dadurch kommt es zu einer besseren Zerstäubung des aufgeweiteten Brennstoffstrahls und somit zu einer verbesserten Lufterfassung, wodurch die Zündfähigkeit des gebildeten Brennstoff-Luft-Gemischs erhöht ist.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht in einer Aufweitung der räumlichen und zeitlichen Toleranz der Zuordnung von Strahl und Zündfunken. Das bedeutet, dass der tatsächliche
Zündzeitpunkt vom optimalen, berechneten bzw. in einer Simulation bestimmten Zündzeitpunkt sowohl um eine kleine Toleranzzeit verfrüht als auch verzögert erfolgen darf. Eine Aufweitung der räumlichen Toleranz bedeutet, dass auch ein verdünnteres Brennstoff-Luft-Gemisch im
Brennraum optimal gezündet werden kann.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte
Weiterentwicklungen möglich.
Weiterhin ist von Vorteil, dass der eingespritzte Brennstoff im Ventilsitz der Düse angedrosselt ist. Dieser Effekt ist in Abhängigkeit von einem Hub der Ventilnadel einstellbar und daher an verschiedene Ausführungsformen von Brennstoffeinspritzventilen anpassbar. Es ist ebenfalls von Vorteil, dass die Androsselung des Brennstoffeinspritzventils mittels eines dafür vorgesehenen Steuergeräts anschaltbar und wieder abschaltbar ist.
Von Vorteil ist es auch, dass statt einer einfachen Magnetspule eine Doppelspule benutzt werden kann, die wahlweise zum schnelleren Öffnen und Schließen des Brennstoffeinspritzventils zugeschaltet bzw. abgeschaltet werden kann.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Zustands-Zeit-Diagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einer
Öffnungsphase und einer Schließphase eines Brennstoffeinspritzventils;
Fig. 2 ein Strom-Zeit-Diagramm des Stromes, wie er gemäß des erfindungsgemäßen
Verfahrens der Magnetspule aufgeprägt wird;
Fig. 3 ein Hub-Zeit-Diagramm der Ventilnadel gemäß des erfindungsgemäßen Verfahrens;
Fig. 4 ein Einspritzmenge-Zeit Diagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens;
Fig. 5 ein erfindungsgemäßes Brennstoffeinspritzsystem bestehend aus einem
Brennstoffeinspritzventil und einem Steuergerät zum gezielten Einspritzen von Brennstoff und
Fig. 6 eine mögliche Spritzlochgeometrie der Düse des Brennstoffeinspritzventils;
Fig. 7 ein Ausschnitt VII des erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils in Fig. 1, das den Unterschied zwischen einem Einzelstrahlkegelwinkel und einem
Gesamtstrahlkegelwinkel verdeutlicht. - A -
Beschreibung des Ausfuhrungsbeispiels
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Figuren 1 bis 7 beispielhaft beschrieben.
Fig. 1 zeigt ein Zustands-Zeit-Diagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens zum gezielten Einspritzen von Brennstoff mit einer Öffiiungsphase 10 und einer Schließphase 11 eines Brennstoffeinspritzventils 2. Ein Steuergerät 9, das Bestandteil eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzsystems 1 ist, legt in einem ersten Verfahrensschritt fest, dass für die Öffnungsphase 10 und die Schließphase 11 des Brennstoffeinspritzventils 1 insgesamt eine
Zeitspanne tges 15 vorgesehen ist. Innerhalb dieser Zeitspanne tges 15, die sich mittels Summierung aus einer Zeitspanne ta 16 und einer Zeitspanne ts 17 ergibt, wird für das Brennstoffeinspritzventil 2 eine Öffiiungsphase 10, die der Zeitspanne ta 16 und dem auf einer Ordinate des Zustands-Zeit- Diagramms aufgetragenen Zustand "1" entspricht und eine Schließphase 11, die der Zeitspanne ts 17 und dem auf einer Abszisse des Zustands-Zeit-Diagramms aufgetragenen Zustand "0" entspricht, festgelegt.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum gezielten Einspritzen von Brennstoff mittels eines Brennstoffeinspritzsystems 1 umfasst, wie in Fig. 5 gezeigt, ein Brennstoffeinspritzventil 2 mit einer Magnetspule 3, die mit einem von einer Rückstellfeder 4 beaufschlagten Anker 5 zusammenwirkt, der zusammen mit einer Ventilnadel 6 ein axial bewegliches Ventilteil bildet und ein Steuergerät 9 zum Ansteuern des Brennstoffeinspritzventils 2. An der Ventilnadel 6 ist ein Ventilschließkörper 7 vorgesehen, der mit einem Ventilsitzkörper 8 einen Dichtsitz bildet. Das mit dem Brennstoffeinspritzventil 2 verbundene Steuergerät 9 gibt in einem ersten Verfahrensschritt für das Brennstoffeinspritzventil 2 eine Öffnungsphase 10 mit einem ersten Haltestrom 12 und in einem zweiten Verfahrensschritt eine nach der Öffnungsphase 10 beginnende Schließphase 11 mit einem zweiten Haltestrom 13 vor.
Der zweite Verfahrensschritt ist eine gezielte Verlängerung einer Drosselphase des Brennstoffeinspritzventils 2 während des Zeitraums, der von dem Zeitpunkt ta 16 und einem Abschaltzeitpunkt tc 21 festgelegt wird. Während der gezielten Verlängerung der Drosselphase des Brennstoffeinspritzventils 2 erfolgt eine Aufweitung des eingespritzten Brennstoffstrahls 25, d.h. ein Einzelstrahlkegelwinkel 39 des kegelförmigen einzelnen Brennstoffstrahls 25 wird vergrößert, wobei der Gesamtstrahlkegelwinkel 40 nahezu konstant bleibt. Dies ist in Figur V dargestellt.
In einem dritten Verfahrensschritt wird der Stromverlauf in der Magnetspule 3 während der Schließphase 11 des Brennstoffeinspritzventils 2 so festgelegt, dass das durch den zweiten Haltestrom 13 erzeugte Magnetfeld eine bestimmte Magnetkraft bewirkt, so dass dadurch die Ventilnadel 6 einen definierten von Null verschiedenen Hub 14 erfährt und diesen über eine definierte Zeitspanne, die kürzer als die Schließphase 11 ist, konstant beibehält. Dabei ist der durch den zweiten Haltestrom 13 hervorgerufene Hub 14 kleiner als der durch den ersten Haltestrom 12 hervorgerufene Hub 14.
Fig. 2 zeigt ein Strom-Zeit-Diagramm des Stromes, wie er gemäß des erfindungsgemäßen Verfahrens mittels des Steuergerätes 9 der Magnetspule 3 aufgeprägt wird. In der Öffnungsphase 10 des Brennstoffeinspritzventils 2 während der Zeitspanne tb 18 dient in der Magnetspule 3 ein Vormagnetisierungsstrom 1^n 19 zur Vormagnetisierung. Anschließend steigt der Strom in der Magnetspule 3 bis zum Zeitpunkt tm 20 auf den Wert I103x 44 an, nachdem in der Magnetspule 3 der Vormagnetisierungsstrom 1^n 19 geflossen ist. Weiterhin zeigt Fig. 2 den Abfall des in der Magnetspule 3 fließenden Stromes von I103x 44 auf den bis zum Ende der Öffnungsphase 10 zeitlich konstanten ersten Haltestrom 13. Die Dauer des ersten Haltestroms 12 in der
Öffhungsphase 10 ist ebenfalls vom Steuergerät 9 festgelegt. In einem zweiten Verfahrensschritt legt das Steuergerät 9 eine geringere Stromstärke des zweiten Haltestroms 13 als die des ersten Haltestroms 12 und einen Abschaltzeitpunkt tc 21 innerhalb der Schließphase 11 des Brennstoffeinspritzventils 2 fest.
Fig. 3 zeigt ein Hub-Zeit-Diagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei in einem dritten Verfahrensschritt innerhalb der Zeitspanne tb 18 ein Hub 14 der Ventilnadel 6 auf Null festgelegt ist. Zu einem Zeitpunkt t<j 22, der später erfolgt als t^ 20, ist der Hub 14 der Ventilnadel 6 auf einen bis zum Ende der Öffnungsphase 10 zeitlich konstanten maximalen Hub 23 angestiegen. Nach dem Zeitpunkt tab 24 ist der Hub 14 der Ventilnadel 6 auf weniger als die Hälfte dieses maximalen Hubes 23 gesunken und bleibt bis zum Abschaltzeitpunkt tc 21 in der Schließphase 11 zeitlich konstant. Ferner sind zumindest drei weitere, unterschiedliche Steigungen aufweisende Varianten eines Schließvorgangs 41, 42 und 43 für das Brennstoffeinspritzventil 2 anwendbar.
Fig. 4 zeigt ein idealisiertes Einspritzmenge-Zeit-Diagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei das Brennstoffeinspritzventil 2 gemäß des dritten Verfahrensschrittes sowohl in der
Öffnungsphase 10 als auch in der Schließphase 11 eine Einspritzmenge an Brennstoff abgibt, die bis zum Abschaltzeitpunkt tc 21 linear mit der Zeit ansteigt und nach dem Abschaltzeitpunkt tc 21 bis zum Ende der Schließphase 11 zeitlich konstant Null ist, wobei bei kleinen Einspritzmengen, insbesondere während des Öffnens und Schließens des Brennstoffeinspritzventils 2 die Einspritzmenge als Funktion der Einspritzzeit vom linearen Zusammenhang abweichen kann, wobei diese nichtlineare Abweichung im Steuergerät 9 durch entsprechende Kennlinien korrigiert wird.
Fig. 5 zeigt ein erfindungsgemäßes Brennstoffeinspritzsystem 1 mit einem Brennstoffeinspritzventil 2 und einem Steuergerät 9 zum gezielten Einspritzen von Brennstoff.
Das Brennstoffeinspritzventil 2 umfasst eine Magnetspule 3, die auf einen Spulenträger 26 gewickelt ist. Der Spulenträger 26 ist in einem Ventilgehäuse 27 gekapselt.
Der Spulenträger 26 wird von einem als Innenpol dienenden Kern 29 durchgriffen, der rohrförmig ausgestaltet ist. Als Außenpol der Magnetspule 3 kann beispielsweise das Ventilgehäuse 27 dienen. Abströmseitig des Innenpols 29 ist ein Anker 5 angeordnet, der z. B. einstückig an einer Ventilnadel 6 ausgebildet ist.
Die Ventilnadel 6 steht vorzugsweise durch Schweißen in Wirkverbindung mit einem im
Ausführungsbeispiel kegelförmigen Ventilschließkörper 7, der mit einer Ventilsitzfläche 32 eines Ventilsitzkörpers 8 einen Dichtsitz bildet. Stromaufwärts des Dichtsitzes ist eine Drallscheibe 33 vorgesehen. In dem Ventilsitzkörper 8 ist wenigstens eine Abspritzöffnung 34 ausgebildet, aus der der Brennstoff in den nicht weiter dargestellten Brennraum eingespritzt wird.
Der Anker 5 ist im Ruhezustand des Brennstoffeinspritzventils 1 von einer Rückstellfeder 4 so beaufschlagt, dass das Brennstoffeinspritzventil 2 durch den Andruck des Ventilschließkörpers 7 auf den Ventilsitzkörper 8 geschlossen gehalten wird. Die Rückstellfeder 4 ist in einer Ausnehmung des Innenpols 29 angeordnet und wird über einen Flansch und durch eine Einstellhülse 38 auf Vorspannung gebracht. Der Brennstoff, der über eine zentrale Brennstoffzufuhr 35 zugeleitet wird, durchströmt das Brennstoffeinspritzventil 2 durch die Ausnehmung des Innenpols 29 und gelangt zum Dichtsitz und zur Abspritzöffnung 34.
Wird der Magnetspule 3 über das zum Steuergerät 9 führende Stromkabel 37 ein elektrischer Strom zugeführt, baut sich ein magnetisches Feld auf, das bei ausreichender Stärke den Anker 5 entgegen der Kraft der Rückstellfeder 4 entgegen der Strömungsrichtung des Brennstoffs beaufschlagt. Dadurch wird ein zwischen dem Anker 5 und dem Innenpol 29 ausgebildeter
Arbeitsspalt 36 geschlossen. Durch die Bewegung des Ankers 5 wird auch die mit dem Anker 5 verbundene Ventilnadel 6 in Hubrichtung mitgenommen, so dass der Ventilschließkörper 7 vom Ventilsitzkörper 8 abhebt und Brennstoff zur Abspritzöffnung 34 geleitet wird.
Das Brennstoffeinspritzventil 2 wird geschlossen, sobald der die Magnetspule 3 erregende Strom abgeschaltet und das Magnetfeld soweit abgebaut ist, dass die Rückstellfeder 4 den Anker 5 vom Innenpol 29 abdrückt, wodurch sich die Ventilnadel 6 in Abströmrichtung bewegt und der Ventilschließkörper 7 auf dem Ventilsitzkörper 8 aufsetzt.
An das Brennstoffeinspritzventil 2 ist ein Steuergerät 9 angeschlossen. Steuergerät 9 und Brennstoffeinspritzventil 2 bilden das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzsystem 1 zum Einspritzen von Brennstoff in einen nicht weiter dargestellten Brennraum einer Brennkraftmaschine, wobei das Brennstoffeinspritzventil 2 während der Schließphase 11 eine Androsselung erfährt.
Fig. 6 zeigt eine mögliche Spritzlochgeometrie, die einen großen Einfluss auf die Ausprägung des strahlaufweitenden Effekts hat, wobei ein großes Verhältnis des Stufendurchmessers D zu dem Spritzlochdurchmesser d von Vorteil ist und das Spritzloch konisch verlaufen kann.
In Fig. 7 ist der Ausschnitt VII aus Fig. 1 vergrößert dargestellt. Dadurch wird der Unterschied zwischen dem Einzelstrahlkegelwinkel und dem Gesamtstrahlkegelwinkel verdeutlicht. Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. Insbesondere sind beliebige Kombinationen der verschiedenen Merkmale möglich.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum gezielten Einspritzen von Brennstoff mittels eines Brennstoffeinspritzsystems (1) mit einem Brennstoffeinspritzventil (2), welches eine Magnetspule (3), die mit einem von einer Rückstellfeder (4) beaufschlagten Anker (5) zusammenwirkt, der zusammen mit einer Ventilnadel (6) ein axial bewegliches Ventilteil bildet, umfasst, wobei an der Ventilnadel (6) ein Ventilschließkörper (7) vorgesehen ist, der mit einem Ventilsitzkörper (8) einen Dichtsitz bildet, und mit einem Steuergerät (9) zum Ansteuern des Brennstoffeinspritzventils (2), wobei das mit dem Brennstoffeinspritzventil (1) verbundene Steuergerät (9) in einem ersten Verfahrensschritt für das Brennstoffeinspritzventil (2) eine Öfmungsphase (10) mit einem ersten Haltestrom (12) vorgibt und in einem zweiten Verfahrensschritt das Steuergerät (9) eine nach der Öffnungsphase (10) des Brennstoffeinspritzventils (2) beginnende Schließphase (11) mit einem zweiten Haltestrom (13) vorgibt, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromverlauf in der Magnetspule (3) während der Schließphase (11) des Brennstoffeinspritzventils (2) so festgelegt wird, dass das durch den in der Magnetspule (3) fließenden zweiten Haltestrom (13) erzeugte Magnetfeld eine bestimmte Magnetkraft bewirkt, so dass dadurch die Ventilnadel (6) einen definierten von Null verschiedenen Hub (14) erfährt und diesen über eine definierte Zeitspanne konstant beibehält, wobei der durch den zweiten
Haltestrom (13) hervorgerufene Hub (14) kleiner ist als der durch den ersten Haltestrom (12) hervorgerufene Hub (14).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Steuergerät (9) die Öffnungsphase (10) und die Schließphase (11) des Brennstoffeinspritzventils (2) insgesamt während einer Zeitspanne tges (15) angesteuert wird, die sich durch eine Auf summierung der Zeitspanne ta (16) für die Öffnungsphase (10) und der Zeitspanne ts (17) für die Schließphase (11) ergibt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in dem ersten Verfahrensschritt das Steuergerät (9) innerhalb der Öffnungsphase (10) des Brennstoffeinspritzventils (2) eine kurze Zeitspanne (18) festlegt, während der in der Magnetspule (3) ein Vormagnetisierungsstrom 1^n (19) fließt.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in dem ersten Verfahrensschritt das Steuergerät (9) den Anstieg der Stromstärke auf einen maximalen Strom I103x (44) zum Zeitpunkt t^ (20) in der Magnetspule (3) festlegt, nachdem in der Magnetspule (3) der Vormagnetisierungsstrom 1^n (19) geflossen ist.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass im ersten Verfahrensschritt das Steuergerät (9) den Abfall des in der Magnetspule (3) fließenden Stromes von I103x (44) auf den bis zum Ende der Öffnungsphase (10) zeitlich konstanten ersten Haltestrom (12) festlegt.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in einem zweiten Verfahrensschritt das Steuergerät (9) eine geringere Stromstärke des zweiten Haltestroms (13) als die des ersten Haltestroms (12) und einen Abschaltzeitpunkt tc (21) des zweiten Haltestroms (13) innerhalb der Schließphase (11) des Brennstoffeinspritzventils (2) festlegt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in einem dritten Verfahrensschritt bis zu dem Abschaltzeitpunkt tc (21) ein Hub (14) der Ventilnadel (6) auf Null festlegt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass bis zu einem Zeitpunkt t<j (22), der später liegt als tan(20), der Hub (14) der Ventilnadel (6) auf einen bis zum Ende der Öfmungsphase (10) zeitlich konstanten maximalen Hub (23) ansteigt.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass bis zu einem Zeitpunkt tab (24) der Hub (14) der Ventilnadel (6) auf weniger als die Hälfte des maximalen Wertes (23) gesunken ist und bis zu einem Abschaltzeitpunkt tc (21) zeitlich konstant bleibt.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Verfahrensschritt eine gezielte Verlängerung einer Drosselphase des Brennstoffeinspritzventils (2) festlegt.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass während der gezielten Verlängerung der Drosselphase des Brennstoffeinspritzventils (2) eine Aufweitung des eingespritzten Brennstoffstrahles (25) erfolgt.
12. Brennstoffeinspritzsystem (1) zum Einspritzen von Brennstoff mit einem Brennstoffeinspritzventil (2), welches eine Magnetspule (3), die mit einem von einer Rückstellfeder (4) beaufschlagten Anker (5) zusammenwirkt, der zusammen mit einer Ventilnadel (6) ein axial bewegliches Ventilteil bildet, umfasst, wobei an der Ventilnadel (6) ein Ventilschließkörper (7) vorgesehen ist, der mit einem Ventilsitzkörper (8) einen Dichtsitz bildet, und mit einem Steuergerät (9) zum Ansteuern des Brennstoffeinspritzventils (2), wobei das mit dem Brennstoffeinspritzventil (2) verbundene Steuergerät (9) für das Brennstoffeinspritzventil (2) eine Öffnungsphase (10) mit einem ersten Haltestrom (12) und nach der Öffnungsphase (10) eine Schließphase (11) mit einem zweiten Haltestrom (13) vorgibt, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (9) den Stromverlauf in der Magnetspule (3) während der Schließphase (11) des Brennstoffeinspritzventils (2) so festgelegt, dass das durch den in der Magnetspule (3) fließenden zweiten Haltestrom (13) erzeugte Magnetfeld eine bestimmte Magnetkraft bewirkt, so dass dadurch die Ventilnadel (6) einen definierten von Null verschiedenen Hub (14) erfährt und diesen über eine definierte Zeitspanne konstant beibehält, wobei der durch den zweiten
Haltestrom (13) hervorgerufene Hub (14) kleiner ist als der durch den ersten Haltestrom (12) hervorgerufene Hub (14).
13. Brennstoffeinspritzsystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Haltestrom (13) weniger als die Hälfte des ersten Haltestroms (12) beträgt.
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