DE102010014825A1

DE102010014825A1 - Verfahren zum Betrieb eines Einspritzsystems und ein Einspritzsystem, welches ein Einspritzventil und eine Steuervorrichtung aufweist

Info

Publication number: DE102010014825A1
Application number: DE201010014825
Authority: DE
Inventors: Johannes Beer; Stephan Bolz
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2010-04-13
Filing date: 2010-04-13
Publication date: 2011-10-13
Also published as: WO2011138127A1

Abstract

Ein Verfahren zum Betrieb eines Einspritzsystems weist ein Einspritzventil und eine Steuervorrichtung auf, wobei das Einspritzventil eine Ventilnadel und einen Ventilsitz aufweist. Ein Bestimmen eines Wertes eines Führungsparameters, welcher indikativ ist für ein Schließverhalten des Einspritzventils, und ein Regeln einer an die Ventilnadel angelegten Gegenkraft mittels der Steuervorrichtung basierend auf dem Wert des Führungsparameters, werden ausgeführt, wobei die Gegenkraft derart geregelt wird, dass ein Prellen der Ventilnadel auf dem Ventilsitz verringert wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Einspritzsystems. Ferner betrifft die Erfindung ein Einspritzsystem, welches ein Einspritzventil und eine Steuervorrichtung aufweist.
Ein Einspritzsystem, insbesondere das Einspritzsystem für ein Kraftfahrzeug mit Verbrennungsmotor, kann ein Einspritzventil und eine Steuervorrichtung aufweisen. Beim Schließen des Einspritzventils kann eine Ventilnadel von einem Ventilsitz abprallen bzw. einen Prellvorgang ausführen, wodurch ein Funktionieren des Einspritzsystems und insbesondere des Einspritzventils beeinträchtigt werden kann.
Mittels einer hydraulischen Dämpfung durch den im Einspritzventil (Injektor, Injektorventil) befindlichen Kraftstoff kann das unerwünschte Prellen der Ventilnadel (Injektornadel) vermindert bzw. verhindert werden. Ein Kraftstoffpfad im Injektor kann hierbei über Drosselstellen so dimensioniert werden, dass auftretendes Prellen hydraulisch gedämpft wird.
Weiterhin kann mittels mechanischer Entkopplung von Magnetanker und Ventilnadel die im Schließvorgang beschleunigte und auf den Ventilsitz aufschlagende Masse reduzierbar sein. Dies kann erreicht werden, indem die formschlüssige Verbindung zwischen Magnetanker und Ventilnadel durch eine Spielpassung ersetzt wird, die zwischen zwei Anschlägen eine axiale Relativbewegung zwischen Magnetanker und Ventilnadel erlaubt.
Der Erfindung mag als Aufgabe zugrunde liegen, ein Verfahren zum Betrieb eines Einspritzsystems und ein Einspritzsystem zu schaffen, mit welchen ein technischer Ablauf, welcher für einen Bewegungszyklus eines Einspritzventils grundlegend ist, verbessert wird.
Die Aufgabe mag durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst werden. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Gemäß einem Aspekt wird ein Verfahren zum Betrieb eines Einspritzsystems geschaffen, welches ein Einspritzventil und eine Steuervorrichtung aufweist, wobei das Einspritzventil eine Ventilnadel und einen Ventilsitz aufweist. Das Verfahren weist auf: ein Öffnen des Einspritzventils, indem die Ventilnadel mittels einer Öffnungskraft von dem Ventilsitz wegbewegt wird, ein Schließen des Einspritzventils, indem mittels einer Schließkraft die Ventilnadel auf den Ventilsitz zu bewegt wird, ein Bestimmen eines Wertes eines Führungsparameters, welcher indikativ ist für ein Schließverhalten des Einspritzventils, und ein Regeln einer an die Ventilnadel angelegten Gegenkraft mittels der Steuervorrichtung basierend auf dem Wert des Führungsparameters, wobei die Gegenkraft derart geregelt wird, dass ein Prellen der Ventilnadel auf dem Ventilsitz verringert wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Einspritzsystem geschaffen, welches ein Einspritzventil und eine Steuervorrichtung aufweist, wobei das Einspritzventil eine Ventilnadel und einen Ventilsitz aufweist. Das Einspritzsystem ist derart eingerichtet, dass das Einspritzventil mittels einer Öffnungskraft öffenbar ist, indem die Ventilnadel mittels der Öffnungskraft von dem Ventilsitz wegbewegbar ist und das Einspritzventil mittels einer Schließkraft schließbar ist, indem die Ventilnadel auf den Ventilsitz mittels der Schließkraft zu bewegbar ist. Weiterhin ist das Einspritzventil so eingerichtet, dass für das Einspritzventil ein Wert eines Führungsparameters bestimmbar ist, welcher indikativ ist für ein Schließverhalten des Einspritzventils ist, und dass eine an der Ventilnadel anliegende Gegenkraft regelbar ist. Die Gegenkraft ist mittels der Steuervorrichtung basierend auf dem Wert des Führungsparameters regelbar, wobei die Gegenkraft derart regelbar ist, dass ein Prellen der Ventilnadel auf dem Ventilsitz verringert wird.
Der Begriff ”Einspritzsystem” mag eine Vorrichtung bezeichnen, mit welcher eine Einspritzmenge eines Fluid erzeugt und gesteuert werden kann. Insbesondere mag das Einspritzsystem ein Kraftstoffeinspritzsystem darstellen, welches als Teil eines Verbrennungsmotors aufgefasst werden mag und welches dem Zweck dienen mag, die Einspritzmenge eines Kraftstoffs, welche in eine Brennkammer des Verbrennungsmotors eingespritzt wird, zu bestimmen oder zu verändern. Infolgedessen mag mit dem Einspritzsystem eine Leistungsabgabe des Verbrennungsmotors veränderbar sein. Das Einspritzsystem mag weiterhin Zuleitungen für Kraftstoff und elektrische Zuleitungen für die Übermittlung von Signalen und elektrischer Leistung aufweisen. Ferner mag das Einspritzsystem eine Kraftstoffpumpe aufweisen, mit welcher ein Kraftstoffdruck im Einspritzsystem erzeugt werden mag.
Der Begriff ”Einspritzventil” mag einen Teil des Einspritzsystems bezeichnen. Das Einspritzventil mag insbesondere eine im Einspritzventil bewegliche Ventilnadel und eine Fluidzuleitung bzw. Kraftstoffzuleitung aufweisen. Weiterhin mag das Einspritzventil einen Ventilsitz aufweisen, wobei die Ventilnadel und der Ventilsitz so in einen gegenseitigen Formschluss bringbar sein mögen, dass ein Einspritzen oder Entweichen von Kraftstoff aus einer Düse des Einspritzventils bei einem gegebenen Kraftstoffdruck unterdrückbar sein mag. Ein Zustand bei dem der Formschluss gegeben ist, mag als geschlossener Zustand des Einspritzventils bezeichnet werden. Demgegenüber mag ein geöffneter Zustand des Einspritzventils bezeichnen, dass beispielsweise Kraftstoff in einer solchen Menge über eine Düse in eine Brennkammer des Verbrennungsmotors gelangen mag, dass nach einem Zünden des Kraftstoffs ein erwünschter Leistungshub erfolgen mag. Weiterhin mag das Einspritzventil eine Feder aufweisen, welche mittels einer Federkraft ein Schließen des Einspritzventils nach dem geöffneten Zustand des Einspritzventils bewirkt.
Der Begriff ”Steuervorrichtung” mag einen weiteren Teil des Einspritzsystems bezeichnen, welche das Steuern einer Bewegung der Ventilnadel ermöglicht. Insbesondere mag das Steuern der Steuervorrichtung auf elektronische Weise erfolgen. Insbesondere mag die Steuervorrichtung softwarebasiert, hardwarebasiert oder auf einer hybriden Ausgestaltung basierend funktionieren. Die Steuervorrichtung mag ein Teil einer elektronischen Motorsteuerung sein oder mit der Motorsteuerung identisch sein. Die Steuervorrichtung mag im Bereich eines Motorraums befindlich sein oder sich in einem anderen Bereich eines Kraftfahrzeugs befinden.
Der Begriff ”Öffnen des Einspritzventils” mag jeglichen Vorgang bezeichnen, bei welchem sich die Ventilnadel vom Ventilsitz entfernt. Insbesondere mag für das Öffnen des Einspritzventils, eine Kraft, beispielsweise auch eine Trägheitskraft infolge einer Bewegung der Ventilnadel, ursächlich sein. An einem zeitlichen Ende des Öffnens mag sich das Einspritzventil in dem geöffneten Zustand befinden. Der geöffnete Zustand des Einspritzventils mag insbesondere einen Zustand des Einspritzventils bezeichnen, bei welchem der Kraftstoff eine maximale Durchflussrate für einen vorgegebenen Zyklus erreicht.
Der Begriff ”Öffnungskraft” mag eine Kraft bezeichnen, welche beispielsweise entgegen einer Kraft eines Kraftstoffdrucks und der Schließfeder wirkend, das Öffnen des Einspritzventils hervorrufen mag. Die Öffnungskraft mag mittels technischer Maßnahmen im Einspritzventil hervorgerufen werden. Insbesondere mag die Öffnungskraft mittels einer Spule erzeugt werden. Die Spule, welche die Öffnungskraft aufbringt, mag als Injektorspule bezeichnet werden. Jedoch mag die Öffnungskraft auch auf eine andere Weise, wie zum Beispiel mechanisch, mittels einer Nocke erzeugbar sein. Die Öffnungskraft mag insbesondere mittels der Steuervorrichtung steuerbar sein.
Der Begriff ”Schließen des Einspritzventils” mag jeglichen Vorgang bezeichnen, bei welchem sich die Ventilnadel und der Ventilsitz annähern. Insbesondere mag für das Schließen des Einspritzventils eine Kraft, beispielsweise auch teilweise eine Trägheitskraft infolge einer Bewegung der Ventilnadel, ursächlich sein. An einem zeitlichen Ende des Schließens mag sich das Einspritzventil in einem geschlossenen Zustand befinden. Der geschlossene Zustand des Einspritzventils mag einen Zustand des Einspritzventils bezeichnen, bei welchem die Ventilnadel und der Ventilsitz einen Formschluss erreichen bzw. sich in einem gegenseitigen Formschluss befinden oder ein Formschluss im Wesentlichen erreicht ist, so dass kaum mehr Kraftstoff einspritzbar ist.
Der Begriff ”Schließkraft” mag eine Kraft bezeichnen, welche das Schließen des Einspritzventils hervorrufen mag. Der Schließkraft mag teilweise eine Kraft zugrunde liegen, welche auch teilweise mittels des Kraftstoffdrucks erzeugt wird. Weiterhin mag die Schließkraft mittels technischer Maßnahmen im Einspritzventil hervorgerufen werden. Insbesondere mag die Schließkraft mittels einer Feder erzeugt werden.
Der Begriff ”Schließverhalten” oder Schließvorgang mag einen Vorgang bezeichnen, welcher in einem geöffneten Zustand des Einspritzventils beginnt, welcher das Schließen des Einspritzventils aufweist und an dessen zeitlichen Ende beginnend das Einspritzventil dauerhaft geschlossen sein mag, bevor nachfolgend das Einspritzventil wieder, beispielsweise gezielt, in einen geöffneten Zustand gebracht werden mag. Damit mag der Begriff ”Schließverhalten” nur denjenigen Zeitraum im Zyklus nicht erfassen, in welchem das Einspritzventil in einen geöffneten Zustand gelangt. Insbesondere mag der Zeitraum des Schließverhaltens Bewegungsvorgänge im Einspritzventil aufweisen, welche ein teilweises Öffnen des Ventils aufweisen mögen, welche infolge eines Abprallens der Ventilnadel vom Ventilsitz auftreten mögen. Durch ein Beschreiben des Prellens mag also ein Teil des Schließverhaltens beschreibbar sein.
Der Begriff ”Wert eines Führungsparameters” mag eine Zusammenstellung, beispielsweise eine mehrdimensionale Matrix, von Größenwerten und/oder von Zahlenwerten sein, welche aus Größenwerten bestimmbar sind. Die Größenwerte mögen aus Messwerten bestimmbar sein. Der Wert des Führungsparameters mag Indikativ für das Schließverhalten des Einspritzventils sein, wobei der Führungsparameter eine oder mehrere Führungsgrößen aufweisen mag. Die Führungsgrößen mögen ebenfalls, beispielsweise einzeln oder zusammen, indikativ für das Schließverhalten sein. Eine Führungsgröße mag beispielsweise die Geschwindigkeit sein, mit welcher die Ventilnadel beim Schließen auf den Ventilsitz trifft. Je höher die Geschwindigkeit der Ventilnadel beim Auftreffen auf den Ventilsitz ist, desto stärkeres Prellen mag auftreten. Eine weitere Führungsgröße mag beispielsweise auch die Schließzeit sein, d. h. die Zeit, welche die Ventilnadel benötigt, um beim Schließen den Ventilsitz zu erreichen.
Der Begriff ”Gegenkraft” mag eine Kraft bezeichnen, welche auf die Ventilnadel wirkt und welche regelbar ist. Insbesondere mag die Gegenkraft nicht in einem Abhängigkeitsverhältnis zur vom Kraftstoffdruck herrührenden Kraft stehen. Die Gegenkraft mag also unabhängig vom Kraftstoffdruck regelbar sein. Die Gegenkraft mag innerhalb und/oder mittels des Einspritzventils erzeugt werden. Insbesondere mag die Gegenkraft in eine Richtung angelegt werden, welche einer Richtung des Schließens, während des Schließens des Einspritzventils, entgegengerichtet ist.
Insbesondere mag die Gegenkraft vor oder während eines Prellens angelegt werden. Insbesondere mag die Gegenkraft während eines geöffneten Zustands des Einspritzventils angelegt werden. Weiterhin mag die Gegenkraft nach einem geöffneten Zustand und vor einem Schließen der Ventilnadel angelegt werden. Weiterhin mag die Gegenkraft zu Beginn eines Schließens angelegt werden.
Der Begriff ”Prellen” mag einen Vorgang bezeichnen, bei welchem die Ventilnadel eine Bewegung ausführt, welche infolge eines Schließens des Einspritzventils auftritt, bei dem die Ventilnadel mit dem Ventilsitz zumindest zweimal einen Formschluss erreicht bevor das Ventil wieder mittels der Öffnungskraft einen geöffneten Zustand gebracht wird, mit welchem ein neuer Zyklus beginnen mag. Zwischen dem zwei- oder mehrmaligen Erreichen des Formschlusses mag sich also die Ventilnadel vom Ventilsitz entfernen. Insbesondere mag das Prellen als Folge eines elastischen Stoßes zwischen der Ventilnadel und dem Ventilsitz nach dem Schließen der Ventilnadel aus dem geöffneten Zustand auftreten.
Gemäß dem Aspekt mag ein Verfahren zum Betrieb eines Einspritzventils geschaffen werden, wodurch ein Prellen vermindert, unterdrückt oder verhindert werden mag. Das Schließen des Einspritzventils mag mittels Messwerten physikalischer Größen erfasst werden. Insbesondere mögen den Messwerten Messungen von elektrischen Größen zugrunde liegen, wie beispielsweise eine Messung des Stroms, der Spannung, der Kapazität und/oder der Induktivität. Weiterhin mögen die Messungen auf der Grundlage einer optischen, magnetischen, magneto-optischen Messung erfolgen.
Aus den Messungen, welche das Schließverhalten beschreiben, mag eine Führungsgröße bestimmbar sein, mittels welcher das Schließverhalten des Einspritzventils bestimmbar und/oder vorhersagbar ist. Auch mögen mehrere Führungsgrößen aus den Messungen bestimmbar sein, welche das Schließverhalten des Einspritzventils bestimmen und/oder vorhersagen mögen. Der Wert des Führungsparameters mag einen oder mehrere Werte von Führungsgrößen aufweisen. Aus dem Wert des Führungsparameters mag die Gegenkraft bestimmbar sein, mittels welcher das Prellen der Ventilnadel verhindert wird. Je nach Kenntnis des Einspritzventils mag basierend auf einem oder mehreren Messwerten einer oder mehrerer physikalischer Größen die Gegenkraft so regelbar sein, dass ein Prellen ganz verhindert wird.
Weiterhin mögen der Kraftstoffdruck und die Injektortemperatur einen Einfluss auf das Schließverhalten des Einspritzventils haben. Das Regeln der Gegenkraft mag basierend auf einem oder mehreren experimentell bestimmten Kennfeldern erfolgen, welche eine Abhängigkeit des Schließverhaltens vom Kraftstoffdruck und/oder der Injektortemperatur aufweisen. Der Führungsparameter mag basierend auf einem Kennfeld ermittelt werden, wobei das Kennfeld eine Abhängigkeit des Führungsparameters vom Kraftstoffdruck und/oder der Injektortemperatur wiedergibt. Insbesondere mag die Führungsgröße basierend auf einem Kennfeld ermittelt werden, wobei das Kennfeld eine Abhängigkeit der Führungsgröße vom Kraftstoffdruck und/oder der Injektortemperatur wiedergibt.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird ein Verfahren geschaffen, wobei das Einspritzventil eine Spule aufweist und wobei der Führungsparameter eine spannungswertbasierte Führungsgröße aufweist, deren Wert basierend auf einem gemessenen Wert einer induzierten Spannung an der Spule bestimmbar ist.
Im nun Folgenden mag auf ein beispielhaftes Bestimmen der spannungswertbasierten Führungsgröße eingegangen werden. Bei einem Analysieren des Verlaufs der Differenz zwischen gemessener Selbstinduktionsspannung und einem gerechneten Referenzmodell, das den selben Spannungsverlauf, jedoch ohne Bewegungseinfluss beschreibt, mag sich ergeben, dass ein lokales Spannungsmaximum dann erreicht werden mag, wenn die Ventilnadel beim Schließen auf den Ventilsitz auftrifft. Hierbei mag die Geschwindigkeit der Ventilnadel und des formschlüssig verbundenen Magnetankers, beispielsweise infolge einer das Schließen hervorrufenden Feder und des Kraftstoffdrucks, maximal sein. Damit mag die Schließzeit mittels eines Bestimmens eines lokalen Spannungsmaximums in der Spule aus einer Spannungsmessung und dem Rechnen eines Referenzmodells nachträglich ermittelbar sein. Insbesondere mag aus dem Messen der Selbstinduktionsspannung der Schließzeitpunkt bestimmbar sein.
Ein Bestimmen einer Vielzahl von Führungsgrößen, welche basierend auf der spannungswertbasierten Führungsgröße bestimmt werden mögen, wird im Zusammenhang mit der Figurenbeschreibung gegeben.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird ein Verfahren geschaffen, wobei der Führungsparameter eine stromwertbasierte Führungsgröße aufweist, deren Wert basierend auf einem gemessenen Wert eines Stroms durch die Spule bestimmbar ist.
Einer Haltephase, in welcher das Einspritzventil in einem geöffneten Zustand gehalten werden mag, schließt sich eine Abschaltphase an, welche dadurch gekennzeichnet sein mag, dass eine zum Halten von Magnetanker und Ventilnadel an der Injektorspule angelegte Spannung abgeschaltet wird. Dieser Zeitpunkt, zu welchem die Injektorspule spannungslos geschaltet wird, mag als Nullzeitpunkt bezeichnet werden. Vor dem Nullzeitpunkt, also vor dem Abschalten der angelegten Spannung mag sich ein stabiler Zustand in der Injektorspule eingestellt haben. Der Wert des Stroms, welcher in der Injektorspule fließt, mag also kurz vor dem Nullzeitpunkt oder zum Nullzeitpunkt ermittelbar sein, also insbesondere bevor der Stromwert durch Abschalten der Spannung nennenswert sinkt. Aus dem Messwert des Stroms zum Nullzeitpunkt oder kurz davor mag insbesondere das Schließverhalten für das Einspritzventil vorhersagbar sein. Der Wert für den Strom mag ein Bestimmen eines Zustands des Magnetkreises erlauben. So mag insbesondere eine Zeitdauer vorhersagbar sein, welche die Ventilnadel ab dem Nullzeitpunkt benötigt, um auf den Ventilsitz zu treffen. Als Schließzeit mag die Zeitdauer bezeichnet werden welche mit dem Nullzeitpunkt beginnt und mit dem ersten Zeitpunkt des Auftreffens der Ventilnadel auf den Ventilsitz endet.
Bei einer genauen Kenntnis des wechselseitigen Verhältnisses der Selbstinduktionsspannung und des Stromes in der Spule mag umgekehrt auch die Schließzeit aus dem Verlauf der Selbstinduktionsspannung vorhersagbar sein. Weiterhin mag auch die Schließzeit aus der Analyse des Stromverlaufs durch eine Messung nachträglich bestimmbar sein. Eine Kenntnis des genannten wechselseitigen Verhältnisses zwischen der Selbstinduktionsspannung und dem Strom in der Injektorspule mag einen einfachen Zusammenhang zwischen Strom, Spannung und Widerstand einschließen. Insbesondere mag jedoch zu diesem Zweck die Kenntnis weiterer Zusammenhänge notwendig sein, welche insbesondere eine genaue Kenntnis des Magnetkreises erfordern mögen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird ein Verfahren geschaffen wobei die Gegenkraft in eine Richtung angelegt wird, welche einer Richtung des Schließens, entgegengerichtet ist, und/oder wobei die Gegenkraft in eine Richtung angelegt wird, welche der Richtung des Öffnens, entgegengerichtet ist.
Die Gegenkraft mag gegen die Richtung des Schließens angelegt sein, so dass beim Schließen des Einspritzventils die Ventilnadel abgebremst wird. Hierdurch mag ein Prellen der Ventilnadel auf dem Ventilsitz vermindert oder vollständig unterdrückt werden, da die Geschwindigkeit der Ventilnadel begrenzt wird. Weiterhin mag bei einem Formschluss der Ventilnadel mit dem Ventilsitz die Gegenkraft gegen die Richtung des Öffnens angelegt sein, so dass ein Öffnen des Einspritzventils vermindert oder vollständig unterdrückt werden mag. Die Gegenkraft, welche gegen die Richtung des Öffnens angelegt wird, mag beispielsweise von einer Spule aufgebracht werden, welche nicht eine Injektorspule ist.
Wenn die Gegenkraft für eine bestimmte Zeitdauer angelegt wird mag damit ein Impuls auf die Ventilnadel übertragen werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird ein Verfahren geschaffen, wobei die Spule eine Injektorspule ist und wobei die Gegenkraft eine Bremskraft ist, welche mittels Anlegens einer Bremsspannung an die Injektorspule erzeugt wird.
Der Begriff ”Injektorspule” mag eine Spule bezeichnen, mit welcher die Ventilnadel in einen geöffneten Zustand des Einspritzventils gebracht werden mag. Auch mag mit der Injektorspule das Einspritzventil in einem geöffneten Zustand gehalten werden. Damit mag die Kraft, welche mittels der Injektorspule angewendet wird, entgegen der Bewegungsrichtung beim Schließen der Ventilnadel wirken und damit die Bewegung der Ventilnadel bremsen. Ein mit dem Bremsen der Ventilnadel einhergehendes Begrenzen der Geschwindigkeit der Ventilnadel mag das Prellen vermindern oder ganz verhindern.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird ein Verfahren geschaffen wobei das Regeln ein Bestimmen eines Werts einer Systemgröße aufweist, der basierend auf dem Wert des Führungsparameters bestimmt wird.
Der Begriff ”Wert einer Systemgröße” mag Werte physikalischer Größen bezeichnen, auf welchen basierend die Gegenkraft oder die Bremskraft gesteuert werden mag. Beispielsweise mögen basierend auf einer Boostspannung, welche zu einem bestimmten Zeitpunkt und für eine bestimmte Dauer angelegt wird, ein Strom und damit ein Magnetfeld in der Injektorspule hervorgerufen werden, welche die Bremskraft hervorruft. Die Systemgröße mag also die Boostspannung oder einen angelegten Spannungsverlauf, den Zeitpunkt des Anlegens der Spannung und die Zeitdauer für welche die Spannung angelegt wird aufweisen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist das Verfahren auf: Ein Bestimmen eines Werts der Systemgröße basierend auf der spannungsbasierten Führungsgröße, wobei die spannungsbasierte Führungsgröße aus dem gemessenen Wert der induzierten Spannung während eines Zyklus bestimmt wird und ein Bestimmen eines Werts der Systemgröße basierend auf der strombasierten Führungsgröße, wobei die strombasierte Führungsgröße aus dem gemessenen Wert des Stroms während eines weiteren Zyklus bestimmt wird.
Ein Zyklus mag eine Periode eines periodischen Vorgangs bezeichnen, bei dem das Einspritzventil zuerst geöffnet und dann geschlossen wird. Es mag vorteilhaft sein verschiedene Führungsgrößen bei unterschiedlichen Zyklen zu ermitteln. So mag beispielsweise eine Führungsgröße, welche eine gemessene Schließzeit angibt, in einem Zyklus bestimmt werden. In einem weiteren Zyklus mag die Führungsgröße bestimmt werden, auf welcher basierend eine zu erwartende Schließzeit bestimmt werden mag. Der Zyklus und der weitere Zyklus mögen in ihrer Reihenfolge beliebig wählbar sein. Insbesondere mögen es direkt aufeinander folgende Zyklen sein. Alternativ mögen es Zyklen sein, welche nicht direkt aufeinander folgen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird ein Verfahren geschaffen, welches ein Bestimmen eines Werts der Systemgröße aufweist, welcher insbesondere eine Zeitdauer für das Anlegen der Gegenkraft bestimmt, mittels einer Regeldifferenz in einem Regelkreis, wobei die Regeldifferenz bestimmt wird aus einer Differenz der spannungswertbasierten Führungsgröße, welche zu einem zweiten Zeitpunkt in einem Zyklus bestimmt wird und der stromwertbasierten Führungsgröße, welche zu einem ersten Zeitpunkt im Zyklus bestimmt wird, wobei der zweite Zeitpunkt im Zyklus auf den ersten Zeitpunkt im Zyklus folgt.
Zu Beginn eines Zyklus, also zu einem ersten Zeitpunkt im Zyklus, insbesondere im geöffneten Zustand des Einspritzventils, mag die stromwertbasierte Führungsgröße bestimmt werden, mit welcher das Schließverhalten für diesen Zyklus vorhergesagt werden mag. Insbesondere mag das Bestimmen der stromwertbasierten Führungsgröße basierend auf der Messung des Stroms in der Spule, der Messung des Kraftstoffdrucks und der Messung der Injektortemperatur erfolgen. Aus dem Wert für den Strom, dem Wert für den Kraftstoffdruck und dem Wert der Injektortemperatur mag insbesondere mittels eines vorgegebenen Kennfelds die stromwertbasierte Führungsgröße bestimmbar sein. Die stromwertbasierte Führungsgröße mag also insbesondere als ein Sollwert für die Führungsgröße in die Regeldifferenz eingehen. Ausgehend von einer Messung des Stroms in der Spule, welcher eine Einflussgröße darstellen mag, mag mittels der stromwertbasierten Führungsgröße das Schließverhalten vorhersagbar sein. Danach mag das Einspritzventil schließen. Basierend auf der spannungswertbasierten Führungsgröße mag zu einem zweiten Zeitpunkt im Zyklus, welcher nach dem ersten Zeitpunkt im Zyklus liegt, der Schließzeitpunkt bestimmbar sein. Aus der mittels der spannungsbasierten Führungsgröße bestimmten gemessenen Führungsgröße und der mittels des Sollwerts der strombasierten Führungsgröße mag durch Subtraktion eine Regeldifferenz bestimmbar sein, welche in dem Regelkreis verarbeitet werden mag. Insbesondere mag der Regelkreis auf einer Software-, Hardware- oder Hybridanwendung basieren. Basierend auf der Regeldifferenz mag mittels des Reglers eine Reglerausgangsgröße, insbesondere die Zeitdauer für welche die Boostspannung angelegt wird, bestimmt werden. Die Zeitdauer für welche die Boostspannung angelegt wird, sowie die der Zeitpunkt zu welchem die Boostspannung angelegt wird, mögen einen Strom in der Injektorspule hervorrufen, welcher als Stellgröße betrachtet werden mag.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird ein Verfahren geschaffen, wobei der Regelkreis ein PID-Regelkreis ist.
Insbesondere ein PID-Regelkreis mag geeignet sein, um eine Regelung für das Einspritzventil zu liefern, da der PID-Regler vorteilhafte Eigenschaften anderer Regler vereinen mag.
Es mag weiterhin insbesondere festgestellt werden, dass es aufgrund der Wirbelströme im Magnetkreis des Injektors erst nach zeitlicher Verzögerung nach Aufprägen des Brems-Strompulses zum Aufbau einer Magnetkraft mit bremsender Wirkung kommen mag. Um die Dynamik des Magnetkraftaufbaus zu beschleunigen, mag der Magnetkreis des Injektors aus Magnetmaterialien aufgebaut sein, welche einen möglichst hohen elektrischen Widerstand aufweisen mögen.
Abschließend mag festgestellt werden, dass mittels des Gegenstands der unabhängigen Ansprüche aus charakteristischen Kenngrößen der abgeleiteten Bewegungs-Induktionsspannung bei einem Injektor-Schließen ein Maß für eine Intensität eines Injektorprellens und damit eine geeignete Führungsgröße für einen Regelkreis abzuleiten sein mag. Ausgehend von der Abweichung der Führungsgröße von einem Sollwert mag nach Abschalten des Injektorstroms am Ende der Haltephase, über einen Regelkreis ein Brems-Strompuls aufgeprägt werden. Der Brems-Strompuls mag ein Magnetfeld im Injektor generieren, welches die Geschwindigkeit von Magnetanker und verbundener Ventilnadel im Schließvorgang abbremsen und somit die Prellneigung des Injektors vermindern mag.
Weiterhin mag insbesondere mit Bezug auf die Figurenbeschreibung festgestellt werden, dass aus einer separierten bewegungsinduzierten Spannung bei einem Injektor-Schließen ein Maß für die Schließgeschwindigkeit der Ventilnadel und die damit korrelierende Intensität des Injektorprellens abzuleiten sein mag. Das abgeleitete Maß mag als Führungsgröße für eine elektronische Anti-Prellregelung dienen. Ausgehend von einer Abweichung der Führungsgröße vom jeweiligen Sollwert mag nach dem Abschalten des Injektorstroms am Ende der Haltephase über einen Regelkreis ein Brems-Strompuls als Stellgröße aufgeprägt werden. Der Brems-Strompuls mag ein Magnetfeld im Injektor generieren, welches die Geschwindigkeit von Magnetanker und der verbundenen Ventilnadel während des Schließvorgangs abbremsen mag, da die aufgebaute Magnetkraft der in schließende Richtung wirkenden Feder- und Hydraulikkraft entgegenwirken mag. Auf diese Weise mag die Prellneigung des Injektors vermindert bzw. komplett unterdrückt werden.
Ein aufgezeigter Algorithmus zur elektronischen Anti-Prellregelung mag im Motorsteuergerät verwendet werden. Die Regelung mag individuell für jeden am Motor verbauten Injektor erfolgen.
Es wird darauf hingewiesen, dass Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf unterschiedliche Erfindungsgegenstände beschrieben wurden. Insbesondere sind einige Ausführungsformen der Erfindung mit Verfahrensansprüchen beschrieben. Dem Fachmann wird jedoch bei der Lektüre dieser Anmeldung sofort klar werden, dass, sofern nicht explizit anders angegeben, zusätzlich zu einer Kombination von Merkmalen, die zu einem Typ von Erfindungsgegenstand gehören, auch eine beliebige Kombination von Merkmalen möglich ist, die zu unterschiedlichen Kategorien oder Typen von Erfindungsgegenständen gehören.
Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden beispielhaften Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, welche eine Vielzahl von Variationen aufzeigt. Die Figuren dieser Anmeldung sind lediglich schematisch. Auch mögen die den Figuren zugrunde liegenden Ausführungsbeispiele abwandelbar sein. Insbesondere mögen die den Figuren zugrunde liegenden Ausführungsbeispiele kombinierbar sein.
1 zeigt ein typisches Strom-Ansteuerprofil und den entsprechenden Spannungsverlauf für ein Direkteinspritzventil mit einem Spulenantrieb.
2 zeigt eine Detektion des Schließzeitpunkts basierend auf einer zeitlichen Ableitung des in der Spule induzierten Spannungsverlaufes.
3 zeigt eine Detektion des Schließzeitpunkts unter Verwendung eines Referenzspannungsverlaufs, welches den Induktionseffekt in der Spule aufgrund des Abklingens von Wirbelströmen in dem Magnetanker charakterisiert.
4 zeigt eine zur Ansteuerung eines Ventils vorgesehene Endstufe, welche einen Referenzgenerator zur Erzeugung des Referenzspannungsverlaufs aufweist.
5 zeigt eine Erweiterung für den in 4 dargestellten Referenzgenerator zum Erzeugen von Referenzspannungsverläufen höherer Ordnung.
6 zeigt einen Differenzverstärker zum Bilden der Differenz zwischen einer induzierten Spulenspannung und einem Referenzspannungsverlauf.
7 zeigt die zeitlichen Verläufe einer induzierten Spulenspannung, einer Referenzspannung und der Differenz zwischen der induzierten Spulenspannung und der Referenzspannung.
8 zeigt ein Strom-Ansteuerprofil und den entsprechenden Spannungsverlauf der Spule mit aufgeprägter Gegenspannung.
Es wird darauf hingewiesen, dass Merkmale bzw. Komponenten von unterschiedlichen Ausführungsbeispielen, die mit den entsprechenden Merkmalen bzw. Komponenten der Ausführungsbeispielen nach gleich oder zumindest funktionsgleich sind, mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind. Zur Vermeidung von unnötigen Wiederholungen werden bereits anhand eines vorher beschriebenen Ausführungsbeispiels erläuterte Merkmale bzw. Komponenten an späterer Stelle nicht mehr im Detail erläutert.
Ferner wird darauf hingewiesen, dass die nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiele lediglich eine beschränkte Auswahl an möglichen Ausführungsvarianten der Erfindung darstellen. Insbesondere ist es möglich, die Merkmale einzelner Ausführungsbeispiele in geeigneter Weise miteinander zu kombinieren, so dass für den Fachmann mit den hier explizit dargestellten Ausführungsvarianten eine Vielzahl von verschiedenen Ausführungen als offensichtlich offenbart anzusehen sind.
Einleitend zu 1 mag auf die grundlegenden technischen und physikalischen Gegebenheiten beim Betrieb von Einspritzsystemen bzw. beim Betrieb von Einspritzventilen eingegangen werden.
Für den Betrieb moderner Verbrennungsmotoren und die Einhaltung strenger Emissionsgrenzwerte prädiziert die Motorsteuerung über das Zylinderfüllungsmodell die im Zylinder pro Arbeitsspiel eingeschlossene Luftmasse. Entsprechend der modellierten Luftmasse und dem gewünschten Luft-Kraftstoffverhältnis (Lambda) wird der entsprechende Kraftstoffmengensollwert (MFF_SP), über das Einspritzventil eingespritzt. Hauptanforderung an das Einspritzventil ist neben Dichtheit gegen unkontrollierten Kraftstoffausfluss, der Strahlaufbereitung, die zeitlich und mengenmäßig exakte Zumessung der vorgesteuerten Einspritzmenge. Mittels des Einspritzventils wird die einzuspritzende Kraftstoffmenge so bemessen, dass ein für die Abgasnachbehandlung im Katalysator optimales Lambda eingestellt wird. Für die hier schwerpunktmäßig betrachteten direkteinspritzenden Ottomotoren mit innerer Gemischbildung wird der Kraftstoff mit einem Druck im Bereich von 40–200 bar direkt in den Brennraum eingespritzt.
Das Einspritzventil besteht aus den Hauptkomponenten Linearantrieb mit Spule und der Ventilgruppe. Der Antrieb setzt eine angelegte elektrische Spannung über einen Stromfluss in ein Magnetfeld um, welches eine Magnetkraft auf den Anker und die formschlüssig verbundene Ventilnadel ausübt. Überstiegt die axial auf den Anker wirkende Magnetkraft die Summe der auf die Ventilnadel wirkende Federkraft der Schließfeder, der Reibungskraft und die hydraulische Schließkraft sowie die Trägheitskraft der bewegten Masse, so kommt es zum Anheben von Anker und Ventilnadel.
Die Ventilgruppe besteht aus dem Magnetanker sowie der formschlüssig verbundenen Ventilnadel, dem Ventilsitzkörper und der Düsenplatte. Bei ausreichender Größe der Magnetkraft wird über den Anker die Ventilnadel ca. 80 μm aus dem Ventilsitzkörper und der Düsenplatte angehoben, wodurch ein freier Querschnitt in der Düsenplatte freigegeben wird, so dass Kraftstoff aus dem Einspritzventil austreten kann.
Zum Schließen des Einspritzventils kommt es nach Abschalten der elektrischen Spannung über den Abfall des Stroms, wenn Federkraft und hydraulische Kraft die Trägheitskräfte der Massen sowie die abnehmende Magnetkraft übersteigen. Es kommt zu einer resultierenden Axialkraft, welche die Ventilnadel und den verbundenen Magnetanker in Richtung des Ventilsitzkörpers beschleunigen. Durch Aufschlagen der Ventilnadel auf den Ventilsitzkörper kommt es zu einem zentralen unelastischen Stoß mit der Folge, dass die Ventilnadel durch die elastischen Kräfte erneut in öffnende Richtung ausgelenkt wird und somit erneut Kraftstoff durch den freien Querschnitt in der Düsenplatte entweicht. Diesen unverwünschten Vorgang bezeichnet man als Prellen des Einspritzventils. Abhängig von den Elastizitäten von Ventilnadel und Ventilsitzkörper, der Höhe des Kraftstoffdruckes, der Federkonstante der Schließfeder und dem Hub der Ventilnadel kann es zu einem oder mehreren Prellvorgängen kommen.
Durch den Prellvorgang wird eine zusätzliche Kraftstoffmenge eingespritzt, wodurch eine Abweichung von der über die Vorsteuerung festgelegten nominalen Einspritzmenge resultiert. Zudem ist die Gemischaufbereitung der im Prellvorgang eingespritzten Kraftstoffmenge unzureichend, da es aufgrund des geringen Ventilnadelhubes zu Drosselungseffekten im Ventilsitz kommt und damit der für die Gemischbildung verantwortliche Kraftstoffdruck an der Düsenplatte stark reduziert wird.
Das Verfahren zum Betrieb eines Einspritzventils mag auf einer Bestimmung des Schließzeitpunktes eines Kraftstoffeinspritzventils mit Solenoidantrieb (Injektorspulenantrieb) auf Basis einer Auswertung der Ansteuerspannung beruhen, welches einem Verfahren zur Detektion des mechanischen Schließzeitpunktes einer Ventilnadel, welche dazu formschlüssig mit dem Magnetanker des Einspritzventils verbunden sein muss, entsprechen mag. Das Verfahren mag damit auf dem Effekt beruhen, dass nach Abschalten des Ansteuerstromes die Schließbewegung von Magnetanker und verbundener Ventilnadel zu einer geschwindigkeitsabhängigen Beeinflussung der Injektorspannung führt. Beim spulengetriebenen Einspritzventil kommt es nach Abschalten des Injektorstroms zu einem Abbau der Magnetkraft. Durch Federvorspannung und hydraulischer Kraft, ergibt sich eine resultierende Kraft, welche Magnetanker und Ventilnadel in Richtung des Ventilsitzes beschleunigt. Unmittelbar vor dem Aufschlag auf den Ventilsitz erreichen Anker und Ventilnadel ihre maximale Geschwindigkeit. Mit dieser Geschwindigkeit vergrößert sich der Luftspalt zwischen Spulenkern und Magnetanker. Aufgrund der Bewegung des Magnetankers und der damit einhergehenden Luftspalterhöhung, führt der remanente Magnetismus des Magnetankers zu einer Spannungsinduktion in der Injektorspule. Die maximal auftretende Bewegungs-Induktionsspannung kennzeichnet die maximale Geschwindigkeit der Magnetnadel und damit den Zeitpunkt des mechanischen Schließens der Ventilnadel.
Es mag insbesondere auf Grundlage dieser Erkenntnis möglich sein aus charakteristischen Kenngrößen der abgeleiteten Bewegungs-Induktionsspannung beim Injektor-Schließen ein Maß für die Intensität des Injektorprellens und damit eine geeignete Führungsgröße für einen Regelkreis abzuleiten. Ausgehend von der Abweichung der Führungsgröße von einem Sollwert mag, nach Abschalten des Injektorstroms am Ende der Haltephase, über einen Regelkreis ein Brems-Strompuls aufgeprägt werden. Der Brems-Strompuls mag ein Magnetfeld im Injektor generieren, welches die Geschwindigkeit von Magnetanker und verbundener Ventilnadel im Schließvorgang abbremsen und somit die Prellneigung des Injektors vermindern mag.
Im nun Folgenden mag auf technische und physikalische Grundlagen eingegangen werden, welche zeigen, dass sich letztendlich aus Messwerten für ein Einspritzventil Werte für Führungsgrößen ermitteln lassen, welche zu einem Bestimmen des Führungsparameters und damit zu einem Bestimmen der Regelgröße geeignet sind. Damit mag basierend auf der Regelgröße die angelegte Gegenkraft in einer Weise regelbar sein, dass ein Prellen vermindert wird.
Die elektrische Ansteuerung eines Direkteinspritzventils erfolgt üblicherweise über stromgeregelte Vollbrücken-Endstufen der Motorsteuerung. Eine Vollbrücken-Endstufe erlaubt es, das Einspritzventil mit einer Bordnetzspannung des Kraftfahrzeugs und alternativ mit einer Verstärkungsspannung zu beaufschlagen. Die Verstärkungsspannung wird häufig auch als Boostspannung (U_boost) bezeichnet und kann beispielsweise ca. 60 V betragen.
1 zeigt ein typisches Strom-Ansteuerprofil I (dicke durchgezogene Linie) für ein Direkteinspritzventil mit einem Spulenantrieb. 1 zeigt ferner die entsprechende Spannung U (dünne durchgezogene Linie), die an den dem Direkteinspritzventil anliegen mag. Die Ansteuerung mag sich in folgende Phasen gliedern:

A) Pre-Charge-Phase: Während dieser Phase der Dauer t_pch mag durch die Brückenschaltung der Endstufe die Batteriespannung U_bat, welche der Bordnetzspannung des Kraftfahrzeugs entsprechen mag, an den Spulenantrieb des Einspritzventils anliegen. Bei Erreichen eines Stromsollwertes I_pch mag die Batteriespannung U_bat durch einen Zweipunktregler abgeschaltet werden und nach Unterschreiten einer weiteren Stromschwelle mag U_bat wieder eingeschaltet werden.
B) Boost-Phase: An die Pre-Charge Phase mag sich die Boost-Phase anschließen. Dazu mag von der Endstufe die Verstärkungsspannung U_boost solange an den Spulenantrieb angelegt werden, bis ein Maximalstrom I_peak erreicht sein mag. Durch den schnellen Stromaufbau mag das Einspritzventil beschleunigt öffnen. Nach Erreichen von I_peak mag sich bis zum Ablauf von t_1 eine Freilaufphase anschließen, während dieser wiederum die Batteriespannung U_bat an den Spulenantrieb angelegt werden mag. Die Zeitdauer Ti der elektrischen Ansteuerung mag ab dem Beginn der Boost-Phase gemessen werden. Dies mag bedeuten, dass der Übergang in die Freilaufphase durch das Erreichen des vorgegebenen Maximalstroms I_peak getriggert werden mag. Die Dauer t_1 der Boost-Phase mag in Abhängigkeit des Kraftstoffdrucks fest vorgegeben sein.
C) Abkommutierungs-Phase: Nach Ablauf von t_1 mag eine Abkommutierungs-Phase folgen. Durch Abschalten der Spannung mag hier eine Selbstinduktionsspannung entstehen, welche im Wesentlichen auf die Boostspannung U_boost begrenzt sein mag. Die Spannungsbegrenzung während der Selbstinduktion mag sich zusammensetzen aus der Summe von U_boost, sowie den Vorwärtsspannungen einer Rekuperationsdiode und einer sog. Freilaufdiode. Die Summe dieser Spannungen mag im Weiteren als Rekuperationsspannung bezeichnet werden. Aufgrund einer differentiellen Spannungsmessung, welche der 1 zugrunde liegen mag, ist die Rekuperationsspannung in der Abkommutierungs-Phase negativ dargestellt.

Durch die Rekuperationsspannung mag ein Stromfluss durch die Spule entstehen, welcher das Magnetfeld vermindern mag. Die Abkommutierungs-Phase mag zeitgesteuert sein und mag von der Batteriespannung U_bat und von der Dauer t_1 der Boost-Phase abhängen. Die Abkommutierungs-Phase mag nach Ablauf einer weiteren Zeitspanne t_2 enden.

D) Halte-Phase: An die Abkommutierungs-Phase mag sich die sog. Haltephase anschließen. Hier mag wiederum über einen Zweipunktregler der Sollwert für den Haltestromsoll I_hold über die Batteriespannung U_bat eingeregelt werden.
E) Abschalt-Phase: Durch Abschalten der Spannung mag eine Selbstinduktionsspannung entstehen, welche, wie oben erläutert, auf die Rekuperationsspannung begrenzt sein mag. Dadurch mag ein Stromfluss durch die Spule entstehen, welcher nun das Magnetfeld abbauen mag. Nach Überschreiten der hier negativ dargestellten Rekuperationsspannung fließt kein Strom mehr. Dieser Zustand mag auch als ”open coil” bezeichnet werden. Aufgrund der ohmschen Widerstände des magnetischen Materials mögen die beim Feldabbau der Spule induzierten Wirbelströme abklingen. Die Abnahme der Wirbelströme mag wiederum zu einer Feldänderung in der Magnetspule und somit zu einer Spannungsinduktion führen. Dieser Induktionseffekt mag dazu führen, dass der Spannungswert am Injektor ausgehend vom Niveau der Rekuperationsspannung nach dem Verlauf einer Exponentialfunktion auf Null ansteigen mag. Der Injektor mag nach Abbau der Magnetkraft über die Federkraft und die durch den Kraftstoffdruck verursachte hydraulische Kraft schließen.

Das beschriebene Schließzeitpunkt-Detektionsverfahren mag auf folgenden physikalischen Effekten, die in der Abschalt-Phase eines Einspritzventils auftreten mögen:

– Zunächst mag das Abschalten der Spannung an der Spule des Einspritzventils zu einer Selbstinduktionsspannung führen, welche durch die Rekuperationsspannung begrenzt werden mag. Die Rekuperationsspannung mag typischerweise dem Betrag nach etwas größer als die Boostspannung sein. Solange die Selbstinduktionsspannung die Rekuperationsspannung übersteigt, mag es zu einem Stromfluss in der Spule kommen und das Magnetfeld in der Spule mag abgebaut werden. Die zeitliche Lage dieses Effektes ist in 1 mit ”I” gekennzeichnet.
– Bereits während des Abklingens des Spulenstromes mag es zu einer Verminderung der Magnetkraft kommen. Sobald die Federvorspannung und die hydraulische Kraft aufgrund des Druckes des einzuspritzenden Kraftstoffs die abnehmende Magnetkraft übersteigen, mag sich eine resultierende Kraft ergeben, welche den Magnetanker zusammen mit der Ventilnadel in Richtung des Ventilsitzes beschleunigen mag.
– Übersteigt die Selbstinduktionsspannung die Rekuperationsspannung nicht mehr, so fließt kein Strom mehr durch die Spule. Die Spule mag elektrisch im sogenannten ”open coil” Betrieb sein. Aufgrund der ohmschen Widerstände des magnetischen Materials des Magnetankers mögen die beim Feldabbau der Spule induzierten Wirbelströme exponentiell abklingen. Die Abnahme der Wirbelströme mag wiederum zu einer Feldänderung in der Spule und somit zu der Induktion einer Spannung führen. Dieser Induktionseffekt mag dazu führen, dass der Spannungswert an der Spule ausgehend vom Niveau der Rekuperationsspannung nach dem Verlauf einer Exponentialfunktion bis auf Null Volt ansteigen mag. Die zeitliche Lage dieses Effektes ist in 1 mit ”III” gekennzeichnet.
– Unmittelbar vor dem Aufschlag der Ventilnadel in den Ventilsitzes mögen Magnetanker und Ventilnadel ihre maximale Geschwindigkeit erreichen. Mit dieser Geschwindigkeit mag sich der Luftspalt zwischen Spulenkern und Magnetanker vergrößern. Aufgrund der Bewegung des Magnetankers und der damit einhergehenden Luftspalterhöhung, mag der remanente Magnetismus des Magnetankers zu einer Spannungsinduktion in der Spule führen. Die auftretende maximale Induktionsspannung mag die maximale Geschwindigkeit des Magnetankers (und auch der verbundenen Ventilnadel) und damit den Zeitpunkt des mechanischen Schließens der Ventilnadel kennzeichnen. Dieser von Magnetanker und der damit verbundenen Ventilnadel-Geschwindigkeit verursachte Induktionseffekt mag dem Induktionseffekt aufgrund des Abklingens der Wirbelströme überlagert sein. Die zeitliche Lage dieses Effektes ist in 1 mit ”IV” gekennzeichnet.
– Nach dem mechanischen Schließen der Ventilnadel mag typischerweise ein Prellvorgang erfolgen, bei dem die Ventilnadel noch einmal kurzzeitig aus der Schließposition ausgelenkt werden mag. Infolge der Federspannung und des anliegenden Kraftstoffdrucks mag die Ventilnadel jedoch wieder in den Ventilsitz gedrückt werden. Das Schließen des Ventils nach dem Prellvorgang ist in 1 mit ”V” gekennzeichnet.

Das Verfahren mag darauf basieren, aus dem induzierten Spannungsverlauf in der Abschalt-Phase den Schließzeitpunkt des Einspritzventils zu detektieren. Wie nachfolgend im Detail erläutert, mag diese Detektion mit unterschiedlichen Verfahren durchgeführt werden.
2 zeigt verschiedene Signalverläufe am Ende der Halte-Phase und in der Abschalt-Phase. Der Übergang zwischen der Halte-Phase und der Abschalt-Phase mag am Abschaltzeitpunkt, der durch eine vertikale gestrichelte Linie dargestellt ist, erfolgen. Der Strom durch die Spule mag durch die mit dem Bezugszeichen 100 versehene Kurve in der Einheit Ampere dargestellt sein. In der Abschalt-Phase mag sich aus einer Überlagerung des Induktionseffektes aufgrund von Magnetanker- und Ventilnadel-Geschwindigkeit und dem Induktionseffekt aufgrund des Abklingens der Wirbelströme ein induziertes Spannungssignal 110 ergeben. Das Spannungssignal 110 ist in der Einheit 10 Volt dargestellt. Man sieht am Spannungssignal 110, dass die Geschwindigkeit der Spannungserhöhung im Bereich des Schließzeitpunkts stark abnimmt, bevor die Geschwindigkeit der Spannungserhöhung aufgrund des Rückprellens von Ventilnadel und Magnetanker wieder zunimmt. Die mit dem Bezugszeichen 120 versehene Kurve stellt die zeitliche Ableitung des Spannungssignals 110 dar. In dieser Ableitung 120 mag der Schließzeitpunkt an einem lokalen Minimum 121 erkennbar sein. Nach dem Rückprellvorgang mag ein weiterer Schließzeitpunkt an einem weiteren Minimum 122 zu erkennen sein.
Ferner ist in 2 eine Kurve 150 eingezeichnet, welche den Kraftstoffdurchfluss in der Einheit Gramm pro Sekunde dargestellt. Man erkennt, dass der gemessene Kraftstoffdurchfluss durch das Einspritzventil kurz nach dem detektierten Schließzeitpunkt von oben kommend sehr schnell abfällt. Der zeitliche Versatz zwischen – auf Basis der Auswertung der Ansteuerspannung – detektiertem Schließzeitpunkt und dem Zeitpunkt zu dem die gemessene Kraftstoffdurchflussrate das erste Mal den Wert Null erreicht, resultiert aus der begrenzten Messdynamik bei der Bestimmung des Kraftstoffdurchflusses. Ab einer Zeit von ca. 3,1 ms mag sich das entsprechende Messsignal 150 auf den Wert Null einpendeln.
Um die für die Durchführung des beschriebenen Schließzeitpunkt-Detektionsverfahrens erforderliche Rechenleistung zu reduzieren, mag die Bestimmung der Ableitung 120 auch lediglich innerhalb eines begrenzten Zeitintervalls durchgeführt werden, welches den erwarteten Schließzeitpunkt enthält.
Definiert man beispielsweise ein Zeitintervall I mit der Breite 2Δt um den erwarteten Schließzeitpunkt t_{Close_Expected}, so mag für den tatsächlichen Schließzeitpunkt t_Close gelten: I = {t_{Close_Expected} – Δt, t_{Close_Expected} + Δt] U_min = min{dU(t)/dt|t ∊ I} t_close = {t ∊ I|U(t) = U_min} (1)
Wie oben bereits angedeutet mag dieser Ansatz erweitert werden, um das erneute Schließen des Ventils aufgrund einer prellenden Ventilnadel zu einem Zeitpunkt t_{Close_Bounce} zu detektieren. Dazu definiert man ein Zeitintervall mit der Breite 2Δt_Bounce um den Zeitpunkt t_{Close_Bounce_Expected} des erwarteten Schließens nach dem ersten Prellvorgang. Der Zeitpunkt t_{Close_Bounce_Expected} mag relativ zum Schließzeitpunkt t_close über t_{Close_Bounce_Expected} festgelegt werden. I_Bounce = [t_close + t_{Close_Bounce_Expected} – Δt_Bounce, t_close + t_{Close_Bounce_Expected} + Δt_Bounce] U_{min_Bounce} = min(dU(t)/dt|t ∊ I_Bounce} t_{close_Bounce} = {t ∊ I_Bounce|U(t) = U_{min_Bounce}}(2)
3 zeigt eine Detektion des Schließzeitpunkts unter Verwendung eines Referenzspannungsverlaufs, welches den Induktionseffekt in der Spule aufgrund des Abklingens von Wirbelströmen in dem Magnetanker charakterisiert. In 3 sind ebenso wie in 2 das Ende der Halte-Phase und die Abschalt-Phase dargestellt. Der gemessene Spannungsverlauf 110, welcher sich aus einer Überlagerung des Induktionseffektes aufgrund von Luftspalt- und der identischen Ventilnadel-Geschwindigkeit und dem Induktionseffekt aufgrund des Abklingens der Wirbelströme ergeben mag, ist derselbe wie in 2. Auch der Spulenstrom 100 ist im Vergleich zu 2 unverändert.
Idee ist es nun, den Anteil an dem Spannungssignal 110, welcher ausschließlich durch den Induktionseffekt aufgrund des Abklingens der Wirbelströme verursacht werden mag, durch ein Referenzmodell zu berechnen. Ein entsprechendes Referenzspannungssignal mag durch die Kurve mit dem Bezugszeichen 215 dargestellt sein. Durch eine Ermittlung der Spannungsdifferenz zwischen dem gemessenen Spannungsverlauf 110 und dem Referenzspannungssignal 215 mag man den Induktionseffekt aufgrund von abklingenden Wirbelströmen eliminieren. Das Differenzspannungssignal 230 mag somit den bewegungsbezogenen Induktionseffekt charakterisieren und mag ein direktes Maß für die Geschwindigkeit des Magnetankers und der Ventilnadel sein. Das Maximum 231 des Differenzspannungssignals 230 mag die maximale Magnetanker- bzw. Ventilnadel-Geschwindigkeit charakterisieren, welche unmittelbar vor dem Auftreffen der Nadel auf den Ventilsitz erreicht werden mag. Somit mag das Maximum 231 des Differenzspannungssignals dazu verwendet werden um den tatsächlichen Schließzeitpunkt t_{close_} zu bestimmen.
Als Beispiel mag im Folgenden ein einfaches phänomenologisches Referenzmodell angeführt werden. Das Referenzmodell mag online in der elektronischen Motorsteuerung gerechnet werden. Es sind jedoch auch andere physikalische Modellansätze denkbar.
Das Referenzmodell mag gestartet werden (t = 0), sobald oder nachdem die Selbstinduktionsspannung die Rekuperationsspannung nicht mehr übersteigt, jedoch vor Erreichen von t_{Close_Expected}, und somit kein Strom mehr durch die Spule fließt. Die Spule mag sich dann elektrisch im ”open coil” Betrieb befinden. Der Referenzspannungsverlauf 215 mag für einen Referenzinjektor am Einspritzprüfstand bei einem Kraftstoffdruck, der größer ist als der maximale Öffnungsdruck, vermessen werden. Der Injektor mag dabei trotz elektrischer Ansteuerung hydraulisch in einer geschlossenen Position geklemmt werden. Der dabei gemessene Spannungsverlauf in der Abschaltphase mag daher ausschließlich den durch exponentiell abklingende Wirbelströme induzierten Spannungsanteil charakterisieren.
Der bzw. die Modellparameter des Referenzmodells mögen anschließend im offline Betrieb so optimiert werden, dass eine möglichst gute Übereinstimmung mit dem gemessenen Spannungsverlauf 215 erzielt wird. Dies mag in bekannter Weise über die Minimierung eines Gütemaßes durch ein Gradienten-Suchverfahren erreicht werden.
Allgemein ergibt sich für die modellierte Referenzspannung U_{INJ_MDL} ein zeitabhängiges Modell mit den Parametern eines gemessenen Spannungsstartwertes U_Start aus Abschaltphase, dem elektrischem Widerstand und dem Temperaturverhalten des magnetischen Materials R_{MAG_Material}(ϑ) in dem die Wirbelströme fließen sowie dem Stromwert I_hold in der Haltephase zum Zeitpunkt des Abschaltens. Dieses mag mathematisch durch folgende Gleichung beschrieben werden: U_{INJ_MDL}(t) = f(U_Start, R_{MAG_Material}(ϑ), I_hold) (3)
Eine einfache Realisierung mag durch folgendes Modell erreicht werden. Die Zeitkonstante mit den Abhängigkeiten Injektortemperatur und I_hold mag gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel durch ein Kennfeld abgelegt sein. U_{INJ_MDL}(t) = U_start·[1 – exp{t/τ(ϑ, I_hold)}] (4)
Der Schließzeitpunkt mag sich wie oben aus der Bestimmung des lokalen Maximums der Spannungsdifferenz 230 zwischen dem Referenzmodell 215 und der gemessenen Induktionsspannung 110 ergeben. Diese Auswertung mag wiederum im Zeitintervall I mit der Breite 2Δt_Bounce um den erwarteten Schließzeitpunkt t_{Close_Expected} stattfinden. I = [t_{Close_Expected} – Δt, t_{Close_Expected} + Δt] U_{diff_max} = max{U_{INJ_MDL}(t) – U_{INJ_MES}(t)|t ∊ I} t_close = {t ∊ I|[U_{INJ_MDL}(t) – U_{INJ_MES}(t)] = U_{diff_max}}(5)
Dabei steht U_{INJ_MES}(t) für das gemessene Spannungssignal 110.
Wie bereits oben gezeigt, mag sich der Algorithmus durch Definition eines geeigneten Beobachtungszeitintervalls erweitern lassen, um das erneute Schließen des Injektors zum Zeitpunkt t_{Close_Bounce} aufgrund einer prellenden Injektornadel zu detektieren.
Der Verlauf des Referenzspannungssignals 215 lässt sich nicht nur mittels einer geeignet programmierten Recheneinheit berechnen sondern mag auch mit einer elektronischen Schaltung, d. h. in Hardware, nachgebildet werden können. Eine derartige Schaltung zur Detektion des Schließzeitpunktes mag sich in vorteilhafter Weise aus drei Funktionsgruppen zusammensetzen:

a) Eine Generatorschaltung zum Erzeugen des Referenzspannungssignals 215, welches die durch die Wirbelströme induzierte, exponentiell abklingende Spulenspannung zeitsynchron zum Anschaltvorgang nachbildet. Die Generatorschaltung wird nachfolgend auch als Referenzgenerator bezeichnet.
b) Eine Subtraktionsschaltung zur Differenzbildung von Spulenspannung 110 und Referenzspannungssignals 215, um den durch die Wirbelströme induzierten Spannungsanteil des Spannungssignals 110 zu eliminieren. Dadurch verbleibt im Wesentlichen der bewegungsinduzierte Anteil der Spulenspannung.
c) Eine Auswerteschaltung zum Erkennen des Maximums 231 des bewegungsinduzierten Anteils der Spulenspannung, welches den Schließzeitpunkt des Injektors indiziert.

4 zeigt eine zur Ansteuerung eines Ventils vorgesehene Endstufe, welche einen derartigen Referenzgenerator 360 zur Erzeugung des Referenzspannungsverlaufs aufweisen mag.
Während der Ausschaltphase sind die Transistoren T1, T2 und T3 mittels der Ansteuersignale Control1, Control2 und Control3 ausgeschaltet. Die vom magnetischen Fluss in der Injektorspule L_inj erzeugte Spannung mag bewirken, dass die Spannung an der Rekuperationsdiode D1 ansteigt, bis die Rekuperationsdiode D1 und eine Freilaufdiode D3 leitend werden und ein Stromfluss zwischen der Boostspannung V_boost und Masse (GND) entsteht.
Es wird darauf hingewiesen, dass die Spulenspannung in den 2 und 3 als Differenzspannung dargestellt ist. Dementsprechend hat die Ausschaltspannung negative Werte. In der realen Schaltung mag hier jedoch die linke Seite der Spule L_inj annähernd auf Masse liegen, wohingegen die rechte Seite der Spule L_inj auf einen positiven Spannungswert liegen mag.
In dem Referenzgenerator 360 mag die Spulenspannung V_Spule über eine Diode D12 dem Emitter eines NPN-Transistors T10 zugeleitet werden. Dessen Basispotential ist mittels eines Spannungsteilers, der die Dioden D10 und D11 sowie den Widerstand R10 aufweisen mag, auf einen Wert von ca. 1,4 V unterhalb der Spannung von V_boost bestimmt. Solange die Spulenspannung V_Spule wesentlich kleiner ist als V_boost, mag T10 wegen der dann in Sperrrichtung betriebenen Diode D12 stromlos sein, so dass die Spannung am Widerstand R11 0 V beträgt. Während der Abschaltschaltphase mag die Spulenspannung V_Spule auf V_boost zuzüglich der Fluss-Spannung von der Diode D1 ansteigen. Dadurch mag der Transistor T10 leitend geschaltet werden und lädt einen Kondensator C11 auf, so dass die Spannung V_Referenz schnell auf den Wert von V_boost ansteigen mag. Der Ladestrom durch den Transistor T10 mag dabei wesentlich größer als der Entladestrom durch den Widerstand R11 sein. Ist die Spule soweit entladen, dass ihre Spannung unter V_boost absinkt, sperrt T10 und der Kondensator C11 mag nun durch den Widerstand R11 entladen werden. Bei geeigneter Wahl der Bauteilewerte hat die Entladekurve dabei den gewünschten exponentiell abklingenden Verlauf, der zeitlich synchron zum Verlauf der Spulenspannung V_Spule erfolgen mag.
5 zeigt eine Erweiterung für den in 4 dargestellten Referenzgenerator zum Erzeugen von Referenzspannungsverläufen höherer exponentieller Ordnung. Dabei werden die in 4 dargestellten Bauteile R11 und C11, die beide zwischen V_Referenz und Masse geschaltet sind, durch die in 4 dargestellte Ergänzungsschaltung 470 ersetzt. Die Ergänzungsschaltung 470 weist einen Kondensator C11, zwei dazu in Serie parallel geschaltete Widerstände R11a und R11b sowie eine parallel zu R11b geschalteten Kondensator C12 auf.
Die Differenzbildung zwischen dem Spulensignal und dem Referenzsignal mag mit einem als Differenzverstärker 580 beschalteten Operationsverstärker 582 erfolgen. Ein derartiger Differenzverstärker 580 ist in 6 dargestellt. Der Differenzverstärker 580 weist vier Widerstände R20, R21, R22 und R23 auf, die jeweils mit dem positiven oder dem negativen Eingang des Operationsverstärkers 582 kontaktiert sind. Am Ausgang des Differenzverstärkers ist die bewegungsinduzierte Spulenspannung V_BEMF, die in der 2 mit dem Bezugszeichen 230 gekennzeichnet ist, verfügbar.
7 zeigt die zeitlichen Verläufe der induzierten Spulenspannung 610 (V_Spule), der Referenzspannung 615 (V_Referenz) und der Differenzspannung 630 (V_BEMF) zwischen der induzierten Spulenspannung 610 und der bewegungsinduzierte Referenzspannung 610.
Die Differenzspannung 630 (V_BEMF) mag beispielsweise mit einer Schaltung ausgewertet werden, die in der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2005 044 886 A1 (siehe 6 und 7) im Detail erläutert ist. Um die hier generierte Differenzspannung 630 (V_BEMF) auszuwerten, mag diese direkt an die Basis des Transistors T1 der bekannten in den 6 und 7 der DE 10 2005 044 886 A1 beschriebenen elektronischen Auswerteschaltung angelegt werden. In der vorliegenden Applikation entfallen die Widerstände R1–R4, sowie C1 und D3 dieser bekannten Auswerteschaltung. Weitere Änderungen an dieser bekannten Auswerteschaltung sind nicht erforderlich.
Es wird darauf hingewiesen, dass die in diesem Dokument beschriebenen Schaltungen nur mögliche Ausführungsbeispiele sind, um die Funktionsweise zu erläutern. Selbstverständlich sind auch andere Schaltungsvarianten denkbar.
Das in diesem Dokument beschrieben Verfahren kann auch zur Detektion des Schließens des Steuerventils bei einem Dieseleinspritzventil mit Spulenantrieb verwendet werden. Außerdem kann das beschriebene Verfahren auch für eine Detektion des Schließens der Ventilnadel bei einem direktangetriebenen Dieseleinspritzventil mit Spulenantrieb verwendet werden.
Es mag also festgehalten werden, dass aus dem Spannungsverlauf in der Abschalt-Phase die Induktionsspannung, welche durch die Ankerbewegung verursacht wird, separiert werden kann. Der Zeitpunkt bei dem die maximale Induktionsspannung auftreten mag beschreibt das mechanischen Schließen der Ventilnadel.
Der Schließzeitpunkt des Injektors mag insbesondere auf drei unterschiedlichen Verfahren bestimmbar sein:

1) Detektion Schließzeitpunkt über Ableitung des Spannungsverlaufes in der Abschaltphase
2) Detektion Schließzeitpunkt über Referenzspannungsmodell
3) Detektion Schließzeitpunkt über Erzeugung der Referenzspannung über eine Hardware-Schaltung

Aus der separierten bewegungsinduzierten Spannung bei Injektor-Schließen mag ein Maß für die Schließgeschwindigkeit der Ventilnadel und die damit korrelierende Intensität des Injektorprellens abzuleiten sein. Das abgeleitete Maß mag als Führungsgröße für eine elektronische Anti-Prellregelung dienen.
Der Schließzeitpunkt des Injektors mag insbesondere über das Referenzspannungsmodell ermittelt werden. Dabei mag der Spannungsverlauf nach Abschalten des Injektorsstroms (Strom in der Injektorspule), welcher durch den Induktionseffekt aufgrund des Abklingens der Wirbelströme, verursacht wird durch ein Referenzmodell berechnet werden. Dieser Referenz-Spannungsverlauf U_{INJ_MDL} mag an einem Injektor auftreten, der bei Bestromung, aufgrund einer zu hohen hydraulischen Kraft (zu hoher Kraftstoffdruck), keine Bewegung von Magnetanker und Ventilnadel erfahren mag. Die Spannungsdifferenz zwischen dem am Injektor mit bewegtem Magnetanker und Ventilnadel gemessenen Verlauf U_{INJ_MES} und dem Referenzmodell mag den bewegungsinduzierten Spannungseffekt separieren. Das Maximum der bewegungsinduzierten Spannung mag die maximale Magnetanker- bzw. Ventilnadel-Geschwindigkeitsänderung, zum Zeitpunkt des Auftreffens der Ventilnadel auf den Ventilsitzkörper charakterisieren. Damit mag über den Zeitpunkt bei dem das lokale Maximum der bewegungsinduzierten Spannung auftritt die Injektor-Schließzeit t_Close bestimmt werden.
Die Auswertung mag in einem Beobachtungs-Zeitintervall I mit der Breite 2Δt um die erwarteten Injektor-Schließzeit t_{Close_Expected} stattfinden. Definitionsgemäß mag t_close = 0 der Zeitpunkt sein, an dem der Injektorstrom am Ende der Haltephase abgeschaltet wird. t_close mag, auf leicht veränderte Weise dargestellt, demnach die Zeitdifferenz zwischen dem Ende der Haltephase und dem Schließen der Ventilnadel beschreiben. I = [t_{Close_Expected} – Δt, t_{Close_Expected} + Δt] U_{diff_max} = max{U_{INJ_MDL}(t) – U_{INJ_MES}(t)|t ∊ I} t_close = {t ∊ I|[U_{INJ_MDL}(t) – U_{INJ_MES}(t)] = U_{diff_max}}(6)
Aus Messungen mag hervorgehen, dass t_close mit der Schließgeschwindigkeit der Ventilnadel korrelieren mag. Beispielsweise mag bei einer Erhöhung des Kraftstoffdrucks t_close monoton abnehmen. Der Grund hierfür mag sein, dass eine Erhöhung des Kraftstoffdrucks die hydraulische Schließkraft erhöhen mag und damit die Ventilnadel und Magnetanker bis zum Aufschlagen auf den Ventilsitzkörper stärker beschleunigt werden mögen.
Zur Erhöhung der Robustheit gegenüber Systemtoleranzen (Injektor, Injektorendstufe, Temperatur, ...) mag alternativ zur absoluten Größe t_close die relative Änderung dieser Zeit im Bezug auf den Messwert ohne aktivierte elektronische Anti-Prellregelung als Führungsgröße genutzt werden. t_{close_rel} = t_close/t_{close_no_control} (7)
Aus Messungen mag weiterhin hervorgehen, dass die in Gleichung 6) für das Beobachtungs-Zeitintervall I definierte maximale Spannung U_{diff_max} der separierten bewegungsinduzierten Spannung mit der Schließgeschwindigkeit der Ventilnadel korreliert. Beispielsweise mag bei einer Erhöhung des Kraftstoffdrucks U_{diff_max} monoton zunehmen. Der Grund hierfür mag sein, dass eine Erhöhung des Kraftstoffdrucks die hydraulische Schließkraft erhöht und damit die Ventilnadel und Magnetanker bis zum Aufschlagen auf den Ventilsitzkörper stärker beschleunigt werden und damit über die auftretende größere Geschwindigkeitsänderung die bewegungsinduzierte Spannung zunehmen mag.
Zur Erhöhung der Robustheit gegenüber Systemtoleranzen (Injektor, Injektorendstufe, Temperatur, ...) mag alternativ zur absoluten Größe U_{diff_max} die relative Änderung dieser Spannung im Bezug auf den Messwert ohne aktivierte elektronische Anti-Prellregelung als Führungsgröße genutzt werden. U_{diff_max_rel} = U_{diff_max}/U_{diff_max_no_control} (8)
Wenn die Auswertung des bewegungsinduzierten Spannungssignals im Beobachtungs-Zeitintervall I_{_bounce} mit der Breite 2Δt_{_bounce} um die erwarteten Injektor-Schließzeit für den Prellvorgang (bouncing) t_{Close_Expected_bounce} durchgeführt wird, so mag man eine Definition für Schließzeit t_{close_bounce} erhalten. Die eingeführten Größen mögen durch 1 erläutert werden. I_{_bounce} = [t_{Close_Expected_bounce} – Δt_{_bounce}, t_{Close_Expected_bounce} + Δt_{_bounce}] U_{diff_max_bounce} = max{U_{INJ_MDL}(t) – U_{INJ_MES}(t)|t ∊ I_{_bounce}} t_{close_bounce} = {t ∊ I_{_bounce}|[U_{INJ_MDL}(t) – U_{INJ_MES}(t)] = U_{diff_max_bounce}) – t_close (9)
Die Zeit t_{close_bounce} mag mit dem Hub der Ventilnadel aufgrund des Prellvorgangs und damit mit der zusätzlich eingespritzten Kraftstoffmenge korrelieren. Die zusätzlich eingespritzte Kraftstoffmenge mag monoton mit einem Anstieg von t_{close_bounce} zunehmen.
Zur Erhöhung der Robustheit gegenüber Systemtoleranzen (Injektor, Injektorendstufe, Temperatur, ...) mag alternativ zur absoluten Größe t_{close_bounce} die relative Änderung dieser Zeit im Bezug auf den Messwert ohne aktivierte elektronische Anti-Prellregelung als Führungsgröße genutzt werden. t_{close_bounce_rel} = t_{close_bounce}/t_{close_bounce_no_control} (10)
Im Folgenden mag ein geregelter Anti-Prellbetrieb mit einer Stellgröße für den Brems-Strompuls erläutert werden. Insbesondere mag eine Vorsteuerung des Zeitpunktes für die Aktivierung des Brems-Strompulses erfolgen.
Aufgrund der Wirbelströme im Magnetkreis des Injektors mag es erst nach zeitlicher Verzögerung nach Aufprägen des Brems-Strompulses zum Aufbau einer Magnetkraft mit bremsender Wirkung auf den Magnetanker und die verbundene Ventilnadel kommen. Zum Erreichen der gewünschten Bremswirkung mag der Aufbau der bremsenden Magnetkraft kurz vor oder zu Beginn der Anker- und Nadelbewegung in Richtung Ventilschließen erfolgen. Damit die erforderliche zeitliche Korrelation zwischen Beginn der Ankerbewegung und Aufbau der Magnetkraft mit bremsender Wirkung zu gewährleisten ist, mag der Zeitpunkt für die Aktivierung des Strompulses (t_{break_delay}) von der Injektor-Schließzeit t_close abhängig sein. Da die Dynamik von Anker- und Ventilnadel während des Schließvorgangs maßgeblich vom Kraftstoffdruck (FUP) abhängen mag, mag auch diese Einflussgröße bei der Bestimmung von t_{break_delay} berücksichtig werden. Die genannten Abhängigkeiten mögen über ein Kennfeld realisiert werden, welches experimentell bestimmt werden mag. t_{break_delay} = f(t_close, FUP) (11)
Insbesondere mag eine Sollwertvorgabe für die Führungsgrößen erfolgen. Die in (6), (7), (8), (9) und (10) definierten Größen mögen als Führungsgrößen w für die Regelung verwendet werden. w∊{t_close, t_{close_rel}, U_{diff_max}, U_{diff_max_rel}, t_{close_bounce}, t_{close_bounce_rel}} (12)
Der Sollwert w_sp einer Führungsgröße mag als Funktion der maßgeblichen Einflussgrößen, wie Kraftstoffdruck FUP, Injektorstrom zum Zeitpunkt des Abschaltens der Spannung zur Beendung des Einspritzpulses und der Injektortemperatur beschrieben werden. Die genannten Abhängigkeiten mögen über ein Kennfeld oder über einen Satz von Kennfeldern realisiert werden oder dargestellt werden, welche experimentell bestimmt werden mögen. w_{sp_N} = f(FUP, I(t = 0), ϑ_INJ) (13)
Ferner mögen der Regler und die Stellgröße genauer beschreibbar sein. Über eine Regeldifferenz e_N mag beispielsweise über einen PID-Regler der Reglerausgang y_N bestimmt werden. Der Reglerausgang mag der Regelgröße entsprechen. Da die Messung der Rückführgröße W_{measured_N} nur zu diskreten Zeiten t_N – dem Schließen des Einspritzventils – geschieht, mag eine zeitdiskrete Regelung erfolgen. Die Rückführgröße mag ebenfalls einer Führungsgröße entsprechen. e_N = w_{sp_N} – w_{measured_N} (14)
Der Reglerausgang y_N mag als Stellgröße die zeitliche Dauer für den aufgeprägten Brems-Strompuls t_break bestimmen. Aufgrund der zeitdiskreten Regelung mag die Stellgröße für den N + 1-ten Einspritzpuls (nächster Puls) auf Basis der Reglerausgang des N-ten Pulses (aktueller Puls) berechnet werden.
Für den N + 1-ten Einspritzpuls mag für die Dauer t_{break_N+1} zum Zeitpunkt t_{break_delay_N+1} über die Endstufe die Spannung U_boost an die Injektorspule angelegt werden, wodurch es zum Aufprägen des zum prellfreien Injektorbetrieb erforderlichen Bremsstrom-Pulses kommen mag.
Reglerparameter K_P, K_I, K_D mögen als Funktion der Einflussgrößen in Kennfeldern abgelegt sein. Die Bestimmung der Reglerparameter mag experimentell erfolgen. K_P = f(FUP, I(t = 0), ϑ_INJ) K_I = f(FUP, I(t = 0), ϑ_INJ) K_D = f(FUP, I(t = 0), ϑ_INJ) (15)
8 zeigt ein Strom-Ansteuerprofil und den entsprechenden Spannungsverlauf der Spule mit aufgeprägter Gegenspannung. Der Stromverlauf (810) und der Spannungsverlauf (820) mögen zu Beginn einen ähnlichen charakteristischen Verlauf aufweisen, wie er bereits aus der 1 bekannt sein mag. Nach einem Nullzeitpunkt (t = 0) (831) welcher dem Zeitpunkt des Abschaltens der angelegten Spannung entspricht, welche das Einspritzventil in einem geöffneten Zustand hält, mag in der Folge zunächst eine induzierte Spannung auf bereits beschriebene Weise ansteigen. Zu einem Zeitpunkt t_{break_delay} nach dem Nullzeitpunkt mag eine Boostspannung V_boost (822) aufgeprägt werden, welche für eine Zeitdauer t_break aufrechterhalten werden mag. Die Boostspannung V_boost (822) mag damit eine Gegenkraft erzeugen, welche dem Schließen des Einspritzventils entgegengerichtet sein mag. Durch das Aufprägen der Boostspannung V_boost (822) mag in der Spule ein Strom (812) hervorgerufen werden, welcher ein Magnetfeld und damit die Gegenkraft auf den mit der Ventilnadel gekoppelten Magnetanker hervorruft. Mit der Gegenkraft mag damit ein Prellen der Ventilnadel auf dem Ventilsitz vermindert oder vollständig unterdrückt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102005044886 A1 [0096]

Claims

Verfahren zum Betrieb eines Einspritzsystems, welches ein Einspritzventil und eine Steuervorrichtung aufweist, wobei das Einspritzventil eine Ventilnadel und einen Ventilsitz aufweist, wobei das Verfahren aufweist: Öffnen des Einspritzventils, indem die Ventilnadel mittels einer Öffnungskraft von dem Ventilsitz wegbewegt wird, Schließen des Einspritzventils, indem mittels einer Schließkraft die Ventilnadel auf den Ventilsitz zu bewegt wird, Bestimmen eines Wertes eines Führungsparameters, welcher indikativ ist für ein Schließverhalten des Einspritzventils, Regeln einer an die Ventilnadel angelegten Gegenkraft mittels der Steuervorrichtung basierend auf dem Wert des Führungsparameters, wobei die Gegenkraft derart geregelt wird, dass ein Prellen der Ventilnadel auf dem Ventilsitz verringert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Einspritzventil eine Spule aufweist, wobei der Führungsparameter eine spannungswertbasierte Führungsgröße aufweist, deren Wert basierend auf einem gemessenen Wert einer induzierten Spannung an der Spule bestimmbar ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Führungsparameter eine stromwertbasierte Führungsgröße aufweist, deren Wert basierend auf einem gemessenen Wert eines Stroms durch die Spule bestimmbar ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Gegenkraft in eine Richtung angelegt wird, welche einer Richtung des Schließens, entgegengerichtet ist, und/oder wobei die Gegenkraft in eine Richtung angelegt wird, welche der Richtung des Öffnens, entgegengerichtet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Spule eine Injektorspule ist und wobei die Gegenkraft eine Bremskraft ist, welche mittels Anlegens einer Bremsspannung an die Injektorspule erzeugt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Regeln ein Bestimmen eines Werts einer Systemgröße aufweist, der basierend auf dem Wert des Führungsparameters bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Verfahren ferner aufweist: Bestimmen eines Werts der Systemgröße basierend auf der spannungsbasierten Führungsgröße, wobei die spannungsbasierte Führungsgröße aus dem gemessenen Wert der induzierten Spannung während eines Zyklus bestimmt wird, Bestimmen eines Werts der Systemgröße basierend auf der strombasierten Führungsgröße, wobei die strombasierte Führungsgröße aus dem gemessenen Wert des Stroms während eines weiteren Zyklus bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruche 6 oder 7, Bestimmen eines Werts der Systemgröße, welcher insbesondere eine Zeitdauer für das Anlegen der Gegenkraft bestimmt, mittels einer Regeldifferenz in einem Regelkreis, wobei die Regeldifferenz bestimmt wird aus einer Differenz der spannungswertbasierten Führungsgröße, welche zu einem zweiten Zeitpunkt in einem Zyklus bestimmt wird und der stromwertbasierten Führungsgröße, welche zu einem ersten Zeitpunkt im Zyklus bestimmt wird, wobei der zweite Zeitpunkt im Zyklus auf den ersten Zeitpunkt im Zyklus folgt.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Regelkreis ein PID-Regelkreis ist.
Einspritzsystem, welches ein Einspritzventil und eine Steuervorrichtung aufweist, wobei das Einspritzventil eine Ventilnadel und einen Ventilsitz aufweist, wobei das Einspritzsystem derart eingerichtet ist, dass das Einspritzventil mittels einer Öffnungskraft öffenbar ist, indem die Ventilnadel mittels der Öffnungskraft von dem Ventilsitz wegbewegbar ist, das Einspritzventil mittels einer Schließkraft schließbar ist, indem die Ventilnadel auf den Ventilsitz mittels der Schließkraft zu bewegbar ist, für das Einspritzventil ein Wert eines Führungsparameters bestimmbar ist, welche indikativ ist für ein Schließverhalten des Einspritzventils, eine an der Ventilnadel anliegende Gegenkraft regelbar ist, die Gegenkraft mittels der Steuervorrichtung basierend auf dem Wert des Führungsparameters regelbar ist, wobei die Gegenkraft derart regelbar ist, dass ein Prellen der Ventilnadel auf dem Ventilsitz verringert wird.