Title:
Verfahren zur Ansteuerung eines Magnetventils eines Kraftstoffinjektors
Kind Code:
A1


Abstract:

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ansteuerung eines Magnetventils eines Kraftstoffinjektors zur Einspritzung von unter Druck stehendem Kraftstoff in eine Brennkraftmaschine, mit einer Magnetspule und einem mittels Bestromung der Magnetspule zur Freigabe einer Durchflussöffnung für Kraftstoff anhebbaren Magnetanker, wobei das Magnetventil in einer ersten Betriebsart (B1) und in einer zweiten Betriebsart (B2) betreibbar ist, wobei in jeder der Betriebsarten (B1, B2) die Magnetspule zum Anheben des Magnetankers für eine erste Zeitdauer (Δt1) mit einem Anzugsstrom, und anschließend für eine zweite Zeitdauer mit einem Haltestrom, der geringer als der Anzugsstrom ist, bestromt wird, wobei das Magnetventil zunächst in der ersten Betriebsart (B1) betrieben wird, wobei in Abhängigkeit von wenigstens einem vorbestimmten Kriterium (TS1, TS2) von der ersten Betriebsart (B1) in die zweite Betriebsart (B2) gewechselt wird, und wobei in der ersten Betriebsart (B1) die erste Zeitdauer (Δt1) länger und/oder der Haltestrom höher als in der zweiten Betriebsart (B2) sind. embedded image




Inventors:
Oehlschlaeger, Fabian (71272, Renningen, DE)
Tuerker, Oezguer (70839, Gerlingen, DE)
Application Number:
DE102016222508A
Publication Date:
05/17/2018
Filing Date:
11/16/2016
Assignee:
Robert Bosch GmbH, 70469 (DE)
International Classes:
Domestic Patent References:
DE102010027989A1N/A2011-10-20
DE102010000827A1N/A2011-07-14
DE10242606A1N/A2004-03-25



Claims:
Verfahren zur Ansteuerung eines Magnetventils (100) eines Kraftstoffinjektors zur Einspritzung von unter Druck stehendem Kraftstoff in eine Brennkraftmaschine, mit einer Magnetspule (111) und einem mittels Bestromung der Magnetspule (111) zur Freigabe einer Durchflussöffnung (150) für Kraftstoff anhebbaren Magnetanker (120),
wobei das Magnetventil (100) in einer ersten Betriebsart (B1) und in einer zweiten Betriebsart (B2) betreibbar ist, wobei in jeder der Betriebsarten (B1, B2) die Magnetspule (111) zum Anheben des Magnetankers (120) für eine erste Zeitdauer (Δt1, Δt'1) mit einem Anzugsstrom (IA), und anschließend für eine zweite Zeitdauer (Δt2, Δt'2) mit einem Haltestrom (IH), der geringer als der Anzugsstrom (IA) ist, bestromt wird,
wobei das Magnetventil (100) zunächst in der ersten Betriebsart (B1) betrieben wird, wobei in Abhängigkeit von wenigstens einem vorbestimmten Kriterium (TS1, TS2) von der ersten Betriebsart (B1) in die zweite Betriebsart (B2) gewechselt wird, und
wobei in der ersten Betriebsart (B1) die erste Zeitdauer (Δt1, Δt'1) länger und/oder der Haltestrom (IH) höher als in der zweiten Betriebsart (B2) sind.

Verfahren nach Anspruch 1, wobei das wenigstens eine vorbestimmte Kriterium ein Erreichen oder Überschreiten wenigstens einer vorbestimmten Betriebsdauer des Magnetventils (100) seit Beginn der ersten Betriebsart (B1) und/oder ein Erreichen oder Überschreiten wenigstens eines vorbestimmten Wertes (TS1, TS2) wenigstens einer für die Brennkraftmaschine charakteristischen Temperatur (T) umfasst.

Verfahren nach Anspruch 2, wobei die wenigstens eine charakteristische Temperatur (T) eine Temperatur eines Rücklaufs des Kraftstoffs und/oder eines Kraftstofftanks und/oder eines Kühlwassers der Brennkraftmaschine oder eine Kombination von wenigstens zwei dieser Temperaturen umfasst.

Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das wenigstens eine vorbestimmte Kriterium ein Erreichen oder Überschreiten wenigstens eines vorbestimmten Wertes eines Hubs (h) des Magnetkerns (120) und/oder ein Erreichen oder Unterschreiten wenigstens eines vorbestimmten Wertes eines Spannungsniveaus (S) eines Sensors zur Erfassung eines Schließens eines Düsennadel des Kraftstoffinjektors, jeweils während der zweiten Zeitdauer (Δt2, Δt'2) umfasst.

Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Erreichen oder Überschreiten des wenigstens einen vorbestimmten Wertes (hM) des Hubs (h) anhand eines zeitlichen Verlaufs des Hubs (h) und/oder das Erreichen oder Unterschreiten wenigstens des vorbestimmten Wertes (SM) des Spannungsniveaus (S) des Sensors anhand des Spannungsniveaus (s) des Sensors, jeweils über mehrere zweite Zeitdauern (Δt2, Δt'2) hinweg ermittelt werden.

Verfahren Anspruch 4, wobei das Erreichen oder Überschreiten des wenigstens einen vorbestimmten Wertes (hM) des Hubs (h) und/oder das Erreichen oder Unterschreiten des wenigstens eines vorbestimmten Wertes (sM) des Spannungsniveaus (S) des Sensors jeweils anhand von Testmessungen während der ersten Betriebsart (B1) mit reduziertem Haltestrom (IH) und/oder mit reduzierter erster Zeitdauer (Δt1) ermittelt werden.

Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei von der ersten Betriebsart (B1) in die zweite Betriebsart (B2) durch stufenweise Reduzierung der ersten Zeitdauer (Δt1, Δt'1) und/oder des Haltestroms (IH) in Abhängigkeit von dem wenigsten einen Kriterium (TS1, TS2) gewechselt wird.

Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Magnetventil (100) zunächst in der ersten Betriebsart (B1) angesteuert wird, wenn bei einem Start der Brennkraftmaschine eine weitere, für die Brennkraftmaschine charakteristische Temperatur unter einem vorgegebenen Temperaturschwellwert liegt.

Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Magnetventil (100) zunächst in der ersten Betriebsart (B1) angesteuert wird, wenn eine Zeitdauer, innerhalb welcher der Magnetanker (120) um einen vorbestimmten Wert angehoben wird, über einem vorgegebenen Hubschwellwert liegt.

Recheneinheit (180), die dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche durchzuführen.

Computerprogramm, das eine Recheneinheit (180) dazu veranlasst, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 durchzuführen, wenn es auf der Recheneinheit (180) ausgeführt wird.

Maschinenlesbares Speichermedium mit einem darauf gespeicherten Computerprogramm nach Anspruch 11.

Description:

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ansteuerung eines Magnetventils eines Kraftstoffinjektors sowie eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung.

Stand der Technik

Einspritzsysteme für Brennkraftmaschinen fördern Kraftstoff vom Tank bis in die Brennkammer der Brennkraftmaschine. Mittels Kraftstoffinjektoren wird dabei Kraftstoff aus einem Hochdruckspeicher einer Brennkammer der Brennkraftmaschine zugeführt.

Solche Kraftstoffinjektoren können dabei ein Magnetventil aufweisen, bei dem eine Magnetspule bestromt wird, um einen Magnetanker anzuheben und dabei eine Durchlassöffnung für Kraftstoff freizugeben. An der Einstellung eines Ankerhubs können dabei viele Bauteile des Magnetventils beteiligt sein. Der Ankerhub wird zudem durch die Kraftstofftemperatur und den Kraftstoffdruck beeinflusst.

In der DE 10 2010 027 989 A1 werden Kraftstoffsysteme beschrieben, bei denen Einspritzventile zur Verkürzung von Schaltzeiten in einer ersten Phase (Boost-Phase) ihrer Ansteuerung an eine Boost-Spannung geschaltet werden, so dass sich ein besonders hoher erster Strom in einer Magnetspule zum einmaligen Erreichen eines Höchstwertes einstellt. Die Boost-Phase kennzeichnet zumeist den Beginn einer Ankerbewegung, also eine Anfangsbeschleunigung des Ankers. Die Boost-Spannung wird bspw. aus einem Gleichspannungswandler aus einer Fahrzeugbatterie erzeugt und kann somit wesentlich höher als die Batteriespannung sein, so dass ein entsprechend höherer erster Strom in der Spule fließt.

Dadurch kann ein Anker des Magnetventils stärker beschleunigt werden. Die Boost-Spannung wird in einem sogenannten Boost-Kondensator zwischengespeichert. In einer unmittelbar auf den ersten Stromanstieg folgenden Phase der Ansteuerung (Anzugsphase) wird die Spule an die gegenüber der Boost-Spannung kleinere Batteriespannung geschaltet, um eine restliche Ankerbewegung auszuführen. Die Anzugsphase sorgt für die Ankerbewegung ungefähr bis zum Erreichen eines maximalen Ankerhubs. In der Regel schließt sich an die Anzugsphase eine dritte Phase (Haltephase) an. Dabei wird die Spule mit einem weiteren und gegenüber den ersten beiden Phasen kleineren Strom betrieben. Zur Ansteuerung in der Haltephase wird aber auch die Batteriespannung verwendet. Die Haltephase sorgt dafür, dass der Anker in etwa bei einem konstanten Hub verbleibt.

Bei kalten Temperaturen, insbesondere bei kaltem Kraftstoff, kann eine schnelle Anhebung des Magnetankers mit höherem Strom als zur Offenhaltung nötig, erfolgen, um einer zu geringen Einspritzmenge entgegenzuwirken. Dabei kann die Spule auch während der Anzugsphase an die gegenüber der Batteriespannung größere Boost-Spannung geschaltet werden. Solche Verfahren sind bspw. aus der DE 102 42 606 A1 und der DE 10 2010 027 989 A1 bekannt.

Die DE 10 2010 000 827 A1 beschreibt beispielsweise einen Kraftstoffinjektor, mit von einer Düsennadel gesteuerten Einspritzdüsen und einem mit einer Hoch- und Niederdruckseite des Kraftstoffinjektors kommunizierenden Steuerraum, der mit einer Steuerventilanordnung zwischen einem Schließdruck und einem Öffnungsdruck umsteuerbar ist. Dem Steuerraum ist ein Kraft- oder Drucksensor zugeordnet, der charakteristische Druckänderungen beim Schließen und Öffnen erfasst. Dieser Sensor wird auch als Needle Closing Sensor (NCS-Sensor) bezeichnet. Das mit diesem Sensor durchgeführte Verfahren wird als Needle Closing Control (NCC) bezeichnet. Bei diesem Verfahren wird die Erkenntnis genutzt, dass sich der Steuerraumdruck zu Beginn und am Ende der Einspritzphase des Kraftstoffinjektors signifikant ändert.

Offenbarung der Erfindung

Erfindungsgemäß werden ein Verfahren zur Ansteuerung eines Magnetventils eines Kraftstoffinjektors sowie eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient zur Ansteuerung eines Magnetventils eines Kraftstoffinjektors zur Einspritzung von unter Druck stehendem Kraftstoff in eine Brennkraftmaschine, mit einer Magnetspule und einem mittels Bestromung der Magnetspule zur Freigabe einer Durchflussöffnung für Kraftstoff anhebbaren Magnetanker. Das Magnetventil kann dabei insbesondere als Servo- oder Steuerventil für den Kraftstoffinjektor verwendet werden. Dabei ist das Magnetventil in einer ersten Betriebsart und in einer zweiten Betriebsart betreibbar, wobei in jeder der Betriebsarten die Magnetspule zum Anheben des Magnetankers für eine erste Zeitdauer mit einem Anzugsstrom, und anschließend für eine zweite Zeitdauer mit einem Haltestrom, der geringer als der Anzugsstrom ist, bestromt wird. Die erste Zeitdauer kann dabei vor dem Anzugsstrom auch noch einen Booststrom, wie eingangs erwähnt, umfassen. Nun wird das Magnetventil zunächst in der ersten Betriebsart angesteuert, und in Abhängigkeit von wenigstens einem vorbestimmten Kriterium wird von der ersten in die zweite Betriebsart gewechselt. Dabei sind in der ersten Betriebsart die erste Zeitdauer länger und/oder der Haltestrom höher als in der zweiten Betriebsart.

Auf diese Weise können ein möglichst großer Ankerhub und dementsprechend eine möglichst große Durchflussrate an Kraftstoff oder eine Überwindung einer Sitzdrosselgrenze erreicht werden, insbesondere auch bei geringen Temperaturen, bei denen, beispielsweise durch erhöhte Viskosität des Kraftstoffs, das Anheben des Magnetankers verlangsamt wird. Insofern ist es zweckmäßig, dass das Magnetventil zunächst in der ersten Betriebsart angesteuert wird, wenn bei einem Start der Brennkraftmaschine eine weitere, für die Brennkraftmaschine charakteristische Temperatur, beispielsweise eine Kühlwassertemperatur, unter einem vorgegebenen Temperaturschwellwert liegt. Ebenso ist es jedoch vorteilhaft, wenn das Magnetventil zunächst in der ersten Betriebsart angesteuert wird, wenn eine Zeitdauer, innerhalb welcher der Magnetanker um einen vorbestimmten Wert angehoben wird, über einem vorgegebenen Hubschwellwert liegt, d.h. wenn sich das Magnetventil zu langsam öffnet. Gründe hierfür können beispielsweise Verschleiß oder erhöhte Reibung sein.

Durch die gegenüber der zweiten Betriebsart, bei der es ich insbesondere um eine Betriebsart für den regulären- bzw. Normalbetrieb handeln kann, längere erste Zeitdauer, in welcher der Anzugsstrom verwendet wird, kann nun auch bei geringerer Hubgeschwindigkeit des Magnetankers der Magnetanker weit genug angehoben werden, sodass mit dem anschließenden Haltestrom das Magnetventil offen gehalten werden kann. Eine zu geringe erster Zeitdauer könnte hingegen dazu führen, dass der Magnetanker noch nicht weit genug angehoben und damit nicht dicht genug an der Magnetspule angelangt ist, um mittels der durch den Haltestrom hervorgerufenen Magnetkraft - die deutlich geringer als beim Anzugsstrom sein kann - offen gehalten zu werden. Dadurch würde die Durchflussrate an Kraftstoff unerwünscht reduziert oder es würde, beispielsweise im Falle eines Schaltventils, die Sitzdrosselgrenze nicht erreicht, was zu einer sehr geringen Durchflussrate führen kann. Ebenso wie durch die längere erste Zeitdauer kann jedoch durch einen höheren Haltestrom der Magnetanker weiter angehoben werden, da damit eine höhere Magnetkraft erzeugt werden kann, um den Magnetanker nicht zu halten, sondern weiterhin - ggf. auch nur geringfügig - anzuheben.

Der Anzugsstrom in der ersten Betriebsart, beispielsweise im Bereich von 14 bis 18A, kann dabei beispielsweise durch eine Batterie- oder Bordnetzspannung erzeugt werden. Der anschließende Haltestrom, beispielsweise im Bereich von 6 bis 8 A - oder auch, wenn er gegenüber der zweiten Betriebsart erhöht ist, beispielsweise im Bereich von 10 bis 12 A - kann ebenfalls durch die Batterie- oder Bordnetzspannung erzeugt werden. Schäden an einem Steuergerät, das den Anzugsstrom bereitstellt, sind bei Einhaltung dieser Stromwerte, insbesondere bspw. eines Maximalstroms von ca. 18 A, nicht zu erwarten. Als erste Zeitdauer in der ersten Betriebsart kommen - zumindest zu Beginn - beispielsweise Werte zwischen 450 und 900 µs, insbesondere zwischen 600 und 800 µs in Betracht. Eine typische Zeitdauer in der zweiten Betriebsart hingegen beträgt beispielsweise 450 µs.

Vorzugsweise umfasst das wenigstens eine vorbestimmte Kriterium ein Erreichen oder Überschreiten wenigstens einer vorbestimmten Betriebsdauer des Magnetventils seit Beginn der ersten Betriebsart und/oder ein Erreichen oder Überschreiten wenigstens eines vorbestimmten Wertes wenigstens einer für die Brennkraftmaschine charakteristischen Temperatur. Damit kann erreicht werden, dass die erste Betriebsart, die eine höhere Beanspruchung des Magnetventils erfordert als die zweite Betriebsart, nicht unnötig lange genutzt wird. Beispielsweise ist davon auszugehen, dass nach einer gewissen Betriebsdauer die Brennkraftmaschine hinreichend aufgewärmt ist, so dass die erwähnten Nachteile bei kaltem Magnetventil nicht mehr auftreten. Ebenso können direkt Temperaturen verwendet werden, um den Wechsel anzustoßen. Insbesondere kann die wenigstens eine charakteristische Temperatur dabei eine Temperatur eines Rücklaufs des Kraftstoffs und/oder eines Kraftstofftanks und/oder eines Kühlwassers der Brennkraftmaschine oder eine Kombination von wenigstens zwei dieser Temperaturen umfassen. Ebenso ist eine Kombination von einer oder mehreren dieser Temperaturen mit der Betriebsdauer möglich.

Alternativ oder zusätzlich ist es bevorzugt, wenn das wenigstens eine vorbestimmte Kriterium ein Erreichen oder Überschreiten wenigstens eines vorbestimmten Wertes eines Hubs des Magnetankers und/oder ein Erreichen oder Unterschreiten wenigstens eines vorbestimmten Wertes eines Spannungsniveaus eines Sensors zur Erfassung eines Schließens einer Düsennadel des Kraftstoffinjektors (hierbei kann es sich um den eingangs erwähnten NCS-Sensor handeln) jeweils während der zweiten Zeitdauer umfasst. Wie bereits erwähnt, wird durch die Temperatur der Brennkraftmaschine und damit der Temperatur des Kraftstoffs die Hubgeschwindigkeit des Magnetankers beeinflusst. In Abhängigkeit von dieser Hubgeschwindigkeit und der ersten Zeitdauer stellt der Hub des Magnetankers während der zweiten Zeitdauer, während welcher in aller Regel keine weitere Anhebung des Magnetankers mehr stattfindet, sondern in der nur der erreichte Hub gehalten wird, ein Maß für die Temperatur des Kraftstoffs dar. Dieser Hub kann damit also als Kriterium für den Wechsel in die zweite Betriebsart verwendet werden. Ebenso kann beispielsweise mit dem eingangs erwähnten NCS-Sensor sehr einfach ein Maß für den Hub ermittelt werden.

Zweckmäßig ist hierbei, wenn das Erreichen oder Überschreiten des wenigstens einen vorbestimmten Wertes des Hubs anhand eines zeitlichen Verlaufs des Hubs und/oder das Erreichen oder Unterschreiten wenigstens des vorbestimmten Wertes des Spannungsniveaus des Sensors anhand des Spannungsniveaus des Sensors jeweils über mehrere zweite Zeitdauern hinweg ermittelt wird. Hierzu kann beispielsweise in einem definierten Messbereich während der zweiten Zeitdauer (also während der Verwendung des Haltestroms) jeweils der Hub bzw. das Spannungsniveau ermittelt werden. Wenn sich nun der Hub über die zweiten Zeitdauern und damit die Ansteuervorgänge des Magnetventils hinweg erhöht bzw. das Spannungsniveau reduziert, so bedeutet dies, dass die Temperatur angestiegen ist. Entsprechend kann - bei Erreichen bzw. Überschreiten eines vorbestimmten Wertes - in die zweite Betriebsart gewechselt werden.

Ebenso ist es zweckmäßig, wenn das Erreichen oder Überschreiten des wenigstens einen vorbestimmten Wertes des Hubs und/oder das Erreichen oder Unterschreiten wenigstens des vorbestimmten Wertes des Spannungsniveaus des Sensors jeweils anhand von Testmessungen während der ersten Betriebsart mit reduziertem Haltestrom und/oder reduzierter erster Zeitdauer, also Anzugsstromdauer, ermittelt wird. Hierzu kann in bestimmten Abständen, also nach einer bestimmten Anzahl an üblichen Ansteuervorgängen mit erster Betriebsart, jeweils ein Ansteuervorgang mit gegenüber dem sonst für die erste Betriebsart üblichen Haltestrom und/oder der sonst üblichen Anzugsstrom- bzw. ersten Zeitdauer ein Ansteuervorgang mit reduziertem Haltestrom und/oder reduzierter erster Zeitdauer vorgenommen werden. Wenn nun der Hub des Magnetankers einen vorbestimmten Wert erreicht oder überschreitet bzw. das Spannungsniveau einen vorbestimmten Wert erreicht oder unterschreitet, kann davon ausgegangen werden, dass die Temperatur angestiegen ist. Besonders zweckmäßig ist es dabei, wenn als reduzierter Haltestrom und/oder reduzierte erste Zeitdauer ein solcher Haltestrom und/oder eine solche Zeitdauer wie in der zweiten Betriebsart verwendet wird. Dann kann so bald als möglich in die zweite Betriebsart gewechselt werden.

Vorteilhafterweise wird von der ersten Betriebsart in die zweite Betriebsart durch stufenweise Reduzierung der ersten Zeitdauer und/oder des Haltestroms in Abhängigkeit von dem wenigstens einen Kriterium gewechselt. Damit ist neben einem unmittelbaren Wechsel auch ein stufenweiser Wechsel zwischen den beiden Betriebsarten möglich. Beispielsweise unterschiedliche Werte des wenigstens einen Kriteriums und/oder unterschiedliche Kriterien können für diesen stufenweisen Wechsel für jede Stufe entsprechend gewählt werden. Durch diesen stufenweisen Wechsel kann insgesamt eine geringere Betriebsdauer des Magnetventils mit der langen ersten Zeitdauer für den Anzugsstrom erreicht werden. Die erste Zeitdauer kann hierzu beispielsweise in Stufen von 50, 100 oder 150 µs reduziert werden. Diese Stufen können beispielsweise auch variieren.

Eine erfindungsgemäße Recheneinheit, z.B. ein Steuergerät eines Kraftfahrzeugs, ist, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.

Auch die Implementierung des Verfahrens in Form eines Computerprogramms ist vorteilhaft, da dies besonders geringe Kosten verursacht, insbesondere wenn ein ausführendes Steuergerät noch für weitere Aufgaben genutzt wird und daher ohnehin vorhanden ist. Geeignete Datenträger zur Bereitstellung des Computerprogramms sind insbesondere magnetische, optische und elektrische Speicher, wie z.B. Festplatten, Flash-Speicher, EEPROMs, DVDs u.a.m. Auch ein Download eines Programms über Computernetze (Internet, Intranet usw.) ist möglich.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.

Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.

Figurenliste

  • 1 zeigt schematisch ein Magnetventil, bei dem ein erfindungsgemäßes Verfahren durchführbar ist.
  • 2 zeigt einen typischen Verlauf eines Stroms in der Magnetspule eines Magnetventils sowie zugehörige Verläufe des Ankerhubs bei verschiedenen Temperaturen.
  • 3 zeigt Verläufe eines Stroms in der Magnetspule eines Magnetventils, zugehörige Einspritzraten, NCS-Signal-Verläufe sowie Verläufe des Ankerhubs im Vergleich zwischen einem nicht erfindungsgemäßen Verfahren und einem erfindungsgemäßen Verfahren in einer bevorzugten Ausführungsform.
  • 4 zeigt verschiedene erste Zeitdauern eines Anzugsstroms in Abhängigkeit von einer Temperatur bei Anwendung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer bevorzugten Ausführungsform.

Ausführungsform(en) der Erfindung

In 1 ist schematisch ein Magnetventil 100 gezeigt, bei dem ein erfindungsgemäßes Verfahren durchführbar ist. Das Magnetventil 100 weist einen Elektromagneten 110 mit einer Magnetspule 111 auf, die bspw. ringförmig ausgebildet sein kann. Bei Anlegen einer Spannung U, bspw. durch eine ausführende Recheneinheit 180, bspw. ein Steuergerät, fließt in der Magnetspule 111 der Strom I.

Weiterhin ist ein Magnetanker 120 vorgesehen, mit dem eine Durchflussöffnung 150 des Magnetventils 100 verschlossen bzw. freigegeben werden kann. Der Magnetanker 120 weist dabei eine Komponente 122 auf, die die Durchflussöffnung 150 verschließt. Diese Komponente 122 ist beispielsweise in Form eines Bolzens mit einem teilweise konisch zulaufenden Ende in Richtung der Durchflussöffnung 150 ausgebildet.

Der Magnetanker 120 weist weiterhin einen Ankerflügel 121 auf, der am oberen, d.h. in Richtung Magnetspule 111 gewandten Ende des Magnetankers 120 vorgesehen ist. Der Ankerflügel 121 kann dabei integral mit der Komponente 122 ausgebildet sein oder mechanisch mit der Komponente 122 verbunden sein.

Weiterhin ist eine Feder 130 vorgesehen, die an dem Magnetanker 120 angreift und ohne Bestromung der Magnetspule 111 und somit ohne Magnetkraft den Anker 120 in bzw. gegen die Durchlassöffnung 150 drückt und diese verschließt. Die Feder 130 kann an ihrer dem Magnetanker abgewandten Seite an einer geeigneten (hier nicht gezeigten) Komponente des Magnetventils 100 in Anschlag sein.

Bei Bestromung der Magnetspule 111 wird eine Magnetkraft aufgebaut und der Magnetanker 120 wird gegen die Federkraft der Feder 130 angehoben und in Richtung der Magnetspule 111 bzw. des Elektromagneten 110 gezogen. Die Durchlassöffnung 150 wird dabei freigegeben. Bei entsprechender Bestromung der Magnetspule kann der Magnetanker 120 bis zum Anschlag an einem an dem Elektromagneten 110 angeordneten Einstellring 115 angehoben werden. Der Magnetanker 120 geht dabei mit dem radial äußeren Ende des Ankerflügels 121 in Anschlag.

In 2 sind schematisch ein typischer Verlauf eines Stroms in der Magnetspule eines Magnetventils sowie zugehörige Verläufe des Ankerhubs bei verschiedenen Temperaturen dargestellt. Hierzu sind ein Strom I und ein Ankerhub h über der Zeit t aufgetragen.

Nach einem optionalen, kurzen Booststrom, der hier nicht näher bezeichnet ist, kann für eine erste Zeitdauer Δt1 ein Anzugsstrom IA in der Magnetspule fließen. Anschließend kann der Strom auf einen Haltestrom IH abgesenkt werden, der dann für eine zweite Zeitdauer Δt2 fließt. Der hier gezeigte Stromverlauf ist typisch für eine reguläre Ansteuerung des Magnetventils bei beispielsweise betriebswarmer Brennkraftmaschine.

In Pfeilrichtung sind nun rein schematisch drei verschiedene Verläufe des Ankerhubs bei dem gezeigten Stromverlauf mit zunehmender Viskosität des Kraftstoffs, der durch das Magnetventil fließt, dargestellt. Während bei geringer Viskosität der volle Ankerhub in kurzer Zeit erreicht wird, wird bei etwas höherer Viskosität zwar noch der volle Ankerhub erreicht, jedoch nur nach längerer Zeit. Mit weiter ansteigender Viskosität nimmt die Ankerhubgeschwindigkeit noch weiter ab und der Magnetanker erreicht nicht einmal mehr den vollen Ankerhub, also beispielsweise den in 1 gezeigten Anschlag.

In 3 sind nun Verläufe eines Stroms I in der Magnetspule eines Magnetventils, zugehörige Einspritzraten R, NCS-Signal-Verläufe S sowie Verläufe des Ankerhubs h, jeweils über der Zeit t, im Vergleich zwischen einem nicht erfindungsgemäßen Verfahren (Verläufe I1, R1, S1, h1) und einem erfindungsgemäßen Verfahren in einer bevorzugten Ausführungsform (Verläufe I2, R2, S2, h2) während der ersten Betriebsart dargestellt.

Das NCS-Signal S steht für das Spannungssignal beispielsweise eines Piezosensors, wie er einleitend bereits erläutert wurde. Aus dem Verlauf des NCS-Signals kann der Ankerhub h abgeleitet bzw. ermittelt werden.

Bei dem Stromverlauf I2 wird der Anzugsstrom für eine Zeitdauer Δt'1 verwendet, während bei dem Strom verlauf I1 der Anzugsstrom für eine Zeitdauer Δt1 verwendet wird, welche deutlich kürzer ist als die Zeitdauer Δt'1. Bei Kraftstoff mit hoher Viskosität, wie sie bei geringen Temperaturen der Brennkraftmaschine bzw. des Magnetventils auftritt, führt die längere erste Zeitdauer, während welcher der Anzugsstrom verwendet wird, nun zu einer größeren Kraftstoffmenge, die durch das Magnetventil fließt. Dies ist an der gegenüber R1 erhöhten Einspritzrate R2 zu erkennen.

An die ersten Zeitdauern schließt sich dabei jeweils eine zweite Zeitdauer Δt2 bzw. Δt'2 an, während welcher der Haltestrom in der Magnetspule fließt. Die zweiten Zeitdauern sind dabei jeweils derart gewählt, dass die jeweilige erste und zweite Zeitdauer in Summe eine volle Ansteuerzeit für das Magnetventil ergeben.

An den Verläufen S2 bzw. h2 ist nun zu sehen, dass der Ankerhub bei längerer erster Zeitdauer für den Anzugsstrom größer ist, was mit der höheren Einspritzrate übereinstimmt. Es zeigt sich demnach, dass sich durch Wahl einer längeren ersten Zeitdauer des Anzugsstroms auch bei geringen Temperaturen bzw. hoher Viskosität des Kraftstoffs eine gewünschte Einspritzrate erreichen lässt.

Während die hier gezeigte erste Zeitdauer Δt'1 bzw. der zugehörige Stromverlauf I2 für die erste Betriebsart im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet werden können, können die gezeigte erste Zeitdauer Δt1 bzw. der zugehörige Stromverlauf I1 für die zweite Betriebsart verwendet werden. Wie erwähnt, wird die zweite Betriebsart dann verwendet, wenn eine hinreichend hohe Temperatur erreicht wurde, sodass keine zu geringen Einspritzraten aufgrund zu hoher Viskosität des Kraftstoffs mehr auftreten.

In 4 sind verschiedene erste Zeitdauern Δt1 eines Anzugsstroms in Abhängigkeit von einer Temperatur T des Kraftstoffs bei Anwendung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer bevorzugten Ausführungsform dargestellt.

Hierbei ist zu sehen, dass die Magnetspule solange in der ersten Betriebsart B1 angesteuert wird, bis die Temperatur T als Kriterium den Wert TS1 erreicht hat. Die erste Zeitdauer wird dann stufenweise von einem Ausgangswert auf den in der zweiten Betriebsart B2 zu erreichenden Wert reduziert. Die zweite Betriebsart B2 wird dabei mit Erreichen des Werts TS2 verwendet.

Als weiteres oder anderes Kriterium kann beispielsweise das Erreichen oder Überschreiten eines vorbestimmten Wertes hM des Ankerhubs h bzw. das Erreichen oder Unterschreiten eines vorbestimmten Wertes SM des Spannungsniveaus bzw. das Spannungssignal S während der zweiten Zeitdauer Δt2 bzw. Δt'2 verwendet werden, wie dies in 3 gezeigt ist.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.

Zitierte Patentliteratur

  • DE 102010027989 A1 [0004, 0006]
  • DE 10242606 A1 [0006]
  • DE 102010000827 A1 [0007]