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Stand der Technik
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Die Erfindung geht aus von einem Verfahren mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 oder von einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 6 zur Steuerung und/oder Regelung der Bewegung eines Stellventils eines elektromagnetischen Kraftstoffeinspritzventils.
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Aus der
DE 100 38 995 A1 ist eine sogenannte Pumpe-Düse-Einheit bekannt, die als Kraftstoffeinspritzventil bei einer Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs zur Anwendung kommt. Diese Pumpe-Düse-Einheit weist ein Stellventil auf, dessen Stellung die Stellung einer Düsennadel einer Einspritzdüse beeinflusst. Ein mit dem Stellventil gekoppeltes Stellglied wird derart mit einem Strom beaufschlagt, dass sich die Düsennadel der Einspritzdüse von einer ersten in eine zweite Endposition bewegt und dort gehalten wird. In der zweiten Endposition ist die Einspritzdüse geöffnet und es wird Kraftstoff in die Brennkraftmaschine eingespritzt. Durch Federkraft wird die Düsennadel wieder von der zweiten in Richtung zu der ersten Endposition zurückbewegt, um die Einspritzdüse zu schließen. Die Geschwindigkeit, mit der sich die Düsennadel in die geschlossene Endstellung bewegt, wird als Absteuerrate bezeichnet.
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Die Absteuerrate beeinflusst den Kraftstoffverbrauch, die Geräuschbildungen und die Abgasemissionen. So soll die Absteuerrate einerseits möglichst groß sein, um damit den Kraftstoffverbrauch und die Abgasemissionen zu vermindern. Eine große Absteuerrate kann jedoch zu erhöhten Geräuschbildungen aufgrund der Bildung von Kavitationen innerhalb des Kraftstoffeinspritzventils führen.
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Aus der
DE 199 54 023 A1 ist ein Verfahren bekannt, bei dem bei geschlossener Einspritzdüse ein Zwischenzustand des Stellventils dazu genutzt wird, den Druck im Hochdruckspeicher abzubauen, indem Kraftstoff durch die Steuerkammer auf die Niederdruckseite abfließt, ohne dass es zu einer Einspritzung kommt.
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Die
DE 101 48 218 A1 zeigt ein Verfahren, bei dem ein Zwischenzustand des Stellventils eingenommen wird. Dies erfolgt aber nicht beim Schließen der Einspritzdüse.
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Aufgabe und Vorteile der Erfindung
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem der Kraftstoffverbrauch sowie die Geräusch- und Abgasemissionen vermindert werden.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach dem Anspruch 1 sowie durch eine Vorrichtung nach dem Anspruch 6 gelöst.
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Erfindungsgemäß wird das Stellglied derart mit einem Strom beaufschlagt, dass das Stellventil nach dem Schließen der Einspritzdüse einen Zwischenzustand zwischen seinem geschlossenen Zustand und seinem geöffneten Zustand einnimmt. Es hat sich gezeigt, dass durch diese Maßnahme die Geräuschbildungen vermindert werden, ohne dass dies einen negativen Einfluss auf den Kraftstoffverbrauch und die Abgasemissionen hat.
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Der erfindungsgemäße Zwischenzustand des Stellventils wird erst nach dem Schließen der Einspritzdüse eingenommen. Dies bringt den Vorteil mit sich, dass die hohe Absteuerrate zum Schließen der Einspritzdüse erhalten bleibt. Die daraus resultierende Verminderung des Kraftstoffverbrauchs und der Abgasemissionen bleibt somit ebenfalls erhalten.
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Durch den nach dem Schließen der Einspritzdüse erfindungsgemäß erzwungenen Zwischenzustand des Stellventils wird erreicht, dass nunmehr die Absteuerrate vermindert wird. Die Geschwindigkeit, mit der sich der Druck in dem Kraftstoffeinspritzventil vermindert, ist somit nach dem Schließen der Einspritzdüse erfindungsgemäß vermindert. Dies hat zur Folge, dass sich Kavitationen oder dergleichen in dem Kraftstoffeinspritzventil nicht mehr ohne weiteres bilden können. Dies bringt den Vorteil mit sich, dass mögliche Geräuschbildungen aufgrund derartiger Kavitationen erfindungsgemäß verhindert werden.
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Die Bewegung der Düsennadel des Kraftstoffeinspritzventils wird durch das Stellventil beeinflusst, wobei das Stellventil seinerseits von dem das Stellglied beaufschlagenden Strom beeinflusst wird. Insgesamt ist damit die Bewegung der Düsennadel abhängig von dem dem Stellglied zugeführten Strom. Dies bedeutet, dass die Absteuerrate, also die Geschwindigkeit, mit der sich der Druck in dem Kraftstoffeinspritzventil vermindert, über den zugeführten Strom variabel eingestellt und zusätzlich auch gesteuert und/oder geregelt werden kann.
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Weitere Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt sind.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung
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1 zeigt einen schematischen Querschnitt eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Steuerung und/oder Regelung der Bewegung eines Stellventils eines elektromagnetischen Kraftstoffeinspritzventils einer Brennkraftmaschine,
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2 zeigt eine schematische Darstellung eines Zeitdiagramms des Stroms, mit ein mit dem Stellventil der 1 gekoppeltes Stellglied beaufschlagt wird, und
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3 zeigt eine schematische Darstellung dreier Zeitdiagramme im Zusammenhang mit der Vorrichtung der 1.
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In der 1 ist eine sogenannte Pumpe-Düse-Einheit 10 dargestellt. Diese Pumpe-Düse-Einheit 10 ist einer Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs zugeordnet und dient der Einspritzung von Kraftstoff in einen Brennraum der Brennkraftmaschine.
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Die Pumpe-Düse-Einheit 10 weist ein Stellventil 11 auf, das zwischen einem Kraftstoffzulauf 12 und einer Kraftstoffleitung 13 angeordnet ist. Über den Kraftstoffzulauf 12 wird der Kraftstoff üblicherweise mit einem Niederdruck zugeführt. In der Kraftstoffleitung 13 kann – wie ausgeführt werden wird – der Kraftstoff auch mit einem Hochdruck vorhanden sein.
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Bei geschlossenem Stellventil 11 wird der vorgenannte Hochdruck in der Kraftstoffleitung 13 mit Hilfe eines Pumpenkolbens 14 erreicht, der in einem Pumpenraum 15 beweglich angeordnet ist. Uber die Kraftstoffleitung 13 ist der Pumpenraum 15 mit einer Einspritzduse 16 verbunden. Die Einspritzdüse 16 weist eine Dusenfeder 17 und eine Dusennadel 18 auf. Der Dusennadel 18 ist einer Einspritzoffnung 19 zugeordnet, uber die der Kraftstoff in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt werden kann.
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Steigt der Druck in der Kraftstoffleitung 13 an, so wird die Düsennadel 18 entgegen der Federkraft der Düsenfeder 17 bewegt und die Einspritzöffnung 19 wird auf diese Weise freigegeben. Es erfolgt eine Einspritzung von Kraftstoff über die Einspritzoffnung 19. Ist der Druck in der Kraftstoffleitung 13 jedoch gering, so erfolgt keine Verschiebung der Dusennadel 18 gegen die Federkraft der Düsenfeder 17. Statt dessen bleibt die Einspritzöffnung 19 aufgrund der Federkraft der Düsenfeder 17 durch die Düsennadel 18 verschlossen. Es erfolgt keine Einspritzung von Kraftstoff.
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Der Druck in der Kraftstoffleitung 13 kann mit Hilfe des Stellventils 11 verändert werden. Ist das Stellventil 11 geschlossen, so kann von dem Pumpenkolben 14 ein hoher Druck in der Kraftstoffleitung 13 aufgebaut und damit eine Einspritzung von Kraftstoff erreicht werden. Ist hingegen das Stellventil 11 geoffnet, so kann in der Kraftstoffleitung 13 kein hoher Druck aufgebaut werden.
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Das Stellventil 11 ist uber eine mechanische Verbindung 20 mit einem Stellelement 21 verbunden. Das Stellelement 21 ist dazu geeignet, uber die Verbindung 20 das Stellventil 11 zu beeinflussen. Insbesondere ist das Stellelement 21 dazu vorgesehen, das Stellventil 11 zwischen einem geschlossenen und einem geoffneten Zustand hin- und herzuschalten.
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Das Stellventil 11 und das Stellelement 21 bilden zusammen ein Magnetventil. Bei dem Stellventil 11 handelt es sich beispielsweise um eine Ventilnadel und bei dem Stellelement 21 um eine von einem Strom beaufschlagbare Magnetspule.
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Das Stellelement 21 ist mit einem Steuergerat 22 verbunden. Von dem Steuergerät 22 kann ein Strom IMV erzeugt und dem Stellelement 21 zugeführt werden. In Abhängigkeit von diesem Strom IMV kann das Stellventil 11 zwischen seinem geschlossene und seinem geoffneten Zustand hin- und hergeschaltet werden.
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In dem Stellventil 11 sind Mittel, z. B. eine Feder enthalten, die das Stellventil 11 ohne eine sonstige Einwirkung in seinen geoffneten Zustand versetzen. Der Strom IMV ist dazu vorgesehen und geeignet, das Stellventil 11 gegen die Kraft der erwähnten Feder zu schließen.
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Bei dem Steuergerät 22 kann es sich beispielsweise um einen digitalen, programmgesteuerten Mikroprozessor handeln.
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In der 1 befindet sich die Dusennadel 18 in einer ersten Endposition. In dieser ersten Endposition ist die Einspritzöffnung 19 durch die Dusennadel 18 verschlossen.
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Wie erlautert wurde, wird die Dusennadel 18 bei einem hohen Druck in der Kraftstoffleitung 13 entgegen der Federkraft der Düsenfeder 17 verschoben. Diese Bewegung der Dusennadel 18 wird dadurch begrenzt, dass die Düsennadel 18 mit einer Stirnflache 23 an einem Vorsprung 24 der Einspritzduse 16 anschlagt. Dies stellt eine zweite Endposition der Düsennadel 18 dar. In dieser zweiten Endposition ist die Einspritzöffnung 19 geöffnet.
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Wie erlautert wurde, ist es fur den Übergang der Dusennadel 18 von der ersten in die zweite Endposition erforderlich, dass in der Kraftstoffleitung 13 ein hoher Druck aufgebaut wird. Hierzu ist es wiederum erforderlich, dass das Stellventil 11 geschlossen ist. Zu diesem Zweck wird das aus Stellventil 11 und Stellelement 21 bestehende Magnetventil von dem Steuergerät 22 mit dem Strom IMV beaufschlagt.
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Wie ebenfalls bereits erlautert wurde, ist es fur den Übergang der Düsennadel 18 von der zweiten in die erste Endposition erforderlich, dass in der Kraftstoffleitung 13 kein hoher Druck mehr vorhanden ist. Dies wird dadurch erreicht, dass das Stellventil 11 geoffnet wird. Zu diesem Zweck wird das aus dem Stellventil 11 und dem Stellelement 21 bestehende Magnetventil stromlos geschaltet.
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In der 2 ist der dem Stellelement 21 des Magnetventils zugefuhrte Strom IMN über der Zeit t dargestellt.
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Wahrend einer Zeitdauer a1 wird das Stellelement 21 derart mit einem Strom IMV beaufschlagt, dass das Stellventil 11 in jedem Fall geschlossen wird. Bei dem Strom IMV, handelt es sich dabei im wesentlichen um einen einzelnen Stromimpuls, dessen Stromstarke auf einen Maximalwert begrenzt ist. Der Maximalwert ist dabei derart gewahlt, dass der vorgenannte Stromimpuls in der Lage ist, das Stellventil 11 sicher gegen die Kraft der in dem Stellventil 11 vorhandenen Feder zu schließen. Aufgrund des geschlossenen Stellventils 11 baut sich in der Kraftstoffleitung 13 ein hoher Druck auf, der wiederum zur Folge hat, dass die Düsennadel 18 sich von der ersten in die zweite Endposition bewegt. Die Einspritzdüse 16 ist geoffnet.
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Während einer Zeitdauer a2 wird der das Stellelement 21 beaufschlagende Strom IMV derart auf einem erniedrigten Niveau getaktet, dass das Stellventil 11 sicher geschlossen bleibt. Zu diesem Zweck kann der getaktete Strom IMV gesteuert und/oder geregelt werden.
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Auf diese Weise wird gewahrleistet, dass das Stellventil 11 sicher geschlossen und damit der hohe Druck in der Kraftstoffleitung 13 sicher aufrecht erhalten bleibt. Die Dusennadel 18 verbleibt damit in ihrer zweiten Endposition, so dass die Einspritzdüse 16 in ihrem geoffneten Zustand verbleibt, in dem Kraftstoff über die Einspritzöffnung 19 eingespritzt wird.
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In einer nachfolgenden Zeitdauer a3 wird das Stellelement 21 und damit das Magnetventil stromlos geschaltet. Dies bedeutet, dass der Strom IMV entsprechend der 2 Null ist. Dies hat zur Folge, dass das Stellventil 11 damit beginnt, in seinen geoffneten Zustand uberzugehen. Dies wird durch die Feder bewirkt, die in dem Stellventil 11 vorhanden ist.
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Die Zeitdauer a3 ist derart gewahlt, dass das Stellventil 11 – wie gesagt – nur damit beginnt, von seinem geschlossenen in seinen geoffneten Zustand uberzugehen. Wahrend dieses Ubergangs endet die Zeitdauer a3 und es folgt eine weitere Zeitdauer b1.
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Wahrend der Zeitdauer b1 wird das Stellelement 21 des Magnetventils mit einem Strom IMV beaufschlagt, mit dem der vorgenannte Ubergang des Stellventils 11 von seinem geschlossenen in seinen geoffneten Zustand abgebremst wird. Zu diesem Zweck wird das Stellelement 21 von dem Steuergerät 22 mit einem Strom IMV beaufschlagt, bei dem es sich im wesentlichen um einen einzelnen Stromimpuls handelt. Dies ist entsprechend in der 2 dargestellt.
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Der Strom IMV des einzelnen Stromimpulses besitzt dabei einen Maximalwert, der derart gewählt ist, dass der vorgenannte Übergang des Stellventils 11 von seinem geschlossenen in seinen geöffneten Zustand sicher abgebremst wird, ohne dass durch die Abbremsung bereits eine Gegenbewegung in Richtung eines erneuten Schließens des Stellventils 11 entsteht.
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Während einer nachfolgenden Zeitdauer b2 wird das Stellelement 21 des Magnetventils stromlos geschaltet. Dies bedeutet, dass der Strom IMV, der von dem Steuergerät 22 auf das Stellelement 21 einwirkt, Null ist. Während dieser Zeitdauer b2 findet eine Stabilisierung des Stellventils 11 statt. Die Zeitdauer b2 ist dabei derart gewahlt, dass der Übergang des Stellventils 11 sicher abgebremst wird, und dass das Stellventil 11 in diesem abgebremsten Zustand stabil verbleibt.
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Während einer nachfolgenden Zeitdauer b3 wird das Stellelement 21 des Magnetventils mit einem Strom IMV beaufschlagt, wie dies in der 2 dargestellt ist. Bei dem Strom IMV handelt es sich wahrend der Zeitdauer b3 um einen auf einem niedrigen Niveau getakteten Strom. Dieser getaktete Strom ist dabei derart gewahlt, dass das Stellventil 11 stabil in dem vorgenannten abgebremsten Zustand verbleibt. Zu diesem Zweck kann der getaktete Strom IMV wahrend der Zeitdauer b3 gesteuert und/oder geregelt werden.
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Insgesamt hat dies zur Folge, dass der Ubergang des Stellventils 11 von seinem geschlossenen in seinen geöffneten Zustand wahrend der beiden Zeitdauern b1 und b2 abgebremst wird, um danach wahrend der Zeitdauer b3 diesen abgebremsten Zustand stabil aufrecht zu erhalten.
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In dem vorgenannten abgebremsten Zustand des Stellventils 11 ist dasselbe nicht mehr vollständig geschlossen, jedoch auch noch nicht vollständig geöffnet. Es handelt sich somit um einen Zwischenzustand des Stellventils 11. Dies ist in der 3 dargestellt.
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Gegebenenfalls ist es möglich, dass auf die speziellen Ansteuerungen des Stromes IMV während der Zeitdauer b1 und/oder b2 verzichtet werden kann und statt dessen das Stellelement 21 mit einem Strom IMV beaufschlagt wird, wie er in der Zeitdauer b3 angegeben ist.
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In der 3 ist in dem oberen Diagramm nochmals der Strom IMV gezeigt, wie er bereits im Zusammenhang mit der 2 erlautert worden ist. In dem mittleren Diagramm ist der Hub HMV aufgetragen. Bei diesem Hub kann es sich beispielsweise um den Hub des beweglichen Teiles des Stellglieds 21 handeln. Bei dem Magnetventil, von dem in der 1 ausgegangen wird, kann es sich bei dem beweglichen Teil des Stellglieds 21 beispielsweise um einen Anker handeln, der innerhalb des Stellglieds 21 vorhanden ist und der von einer Wicklung umgeben ist, die von dem Strom IMV beaufschlagt wird. Dieser Hub HMV des Ankers des Stellglieds 21 wird dann über die mechanische Verbindung 20 auf das Stellventil 11, und zwar auf die Ventilnadel ubertragen, und bewirkt dort das Offnen und Schließen des Stellventils 11.
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Wie sich aus einer Zusammenschau des oberen und des mittleren Diagramms der 3 ergibt, befindet sich das Stellventil 11 in dem Zeitbereich a, der sich im wesentlichen aus den Zeitdauern a1, a2, a3 zusammensetzt, in seinem geschlossenen Zustand. Dies ist in dem mittleren Diagramm der 3 als Zustand S gekennzeichnet. In dem nachfolgenden Zeitbereich b, der sich im wesentlichen aus den Zeitdauern b1, b2, b3 zusammensetzt, befindet sich das Stellventil 11 in dem vorstehend beschriebenen Zwischenzustand. Dieser Zwischenzustand ist in der 3 als Zustand Z gekennzeichnet. Erst nachdem in dem nachfolgenden Zeitbereich c das Stellglied 21 des Magnetventils stromlos geschaltet wird, geht das Stellventil 11 in seinen geoffneten Zustand über, der in dem mittleren Diagramm der 3 als Zustand O gekennzeichnet ist.
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Der Zwischenzustand Z stellt damit einen echten Zwischenzustand zwischen dem geschlossenen Zustand S und dem geöffneten Zustand O des Stellventils 11 dar. In diesem Zwischenzustand Z ist also das Stellventil 11 weder vollständig geschlossen, noch vollstandig geoffnet.
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Dies hat zur Folge, dass der hohe Druck in der Kraftstoffleitung 13 aufgrund des Zwischenzustands Z des Stellventils 11 nicht abrupt abfallt, sondern in Abhängigkeit von dem Zwischenzustand Z, also letztlich in Abhängigkeit von dem Hub HMV des Stellglieds 21 langsam absinkt.
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Dies ist in dem unteren Diagramm der 3 dargestellt. In diesem unteren Diagramm ist der Druck P aufgezeichnet, mit dem der Kraftstoff von der Pumpe-Düse-Einheit 10 über die Einspritzöffnung 19 in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt wird. Dieser Druck P entspricht letztlich dem Druck in der Kraftstoffleitung 13.
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Wie aus dem unteren Diagramm der 3 hervorgeht, steigt der Druck in der Kraftstoffleitung 13 im Zeitbereich a an. Dies ist eine Folge des geschlossenen Stellventils 11. Die Dusennadel 18 der Einspritzduse 16 wird geoffnet. Im Zeitbereich b fallt der Druck P ab. Dies ist eine Folge des Öffnens des Stellventils 11. Die Dusennadel 18 der Einspritzduse 16 geht in eine Schließbewegung uber.
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Die Geschwindigkeit des Abbaus des Drucks P in der Kraftstoffleitung 13 im Zeitbereich b und damit die Geschwindigkeit der Schließbewegung der Dusennadel 18 der Einspritzdüse 16 wird als Absteuerrate bezeichnet.
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Es ist im Hinblick auf eine Kraftstoff- und Abgasreduktion vorgesehen, wenn die Absteuerrate so lange möglichst groß ist, bis die Einspritzdüse 16 geschlossen ist. Diese Schließbewegung soll also möglichst schnell erfolgen, was gleichbedeutend ist mit einem möglichst großen Abfall des Drucks P. Dies ist in dem unteren Diagramm der 3 vor dem Zeitpunkt TZ der Fall.
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In diesem Bereich vor dem Zeitpunkt TZ ist das Stellglied 21 im wesentlichen noch nicht abgebremst und befindet sich deshalb noch nicht in seinem stabilen Zwischenzustand Z. Dies ist dem mittleren Diagramm der 3 zu entnehmen.
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Sobald die Einspritzduse 16 jedoch geschlossen ist, ist es jedoch vorgesehen, die Absteuerrate zu vermindern. Damit wird erreicht, dass mögliche Kavitationen, die bei geschlossener Einspritzdüse 16 und bei hohem Druck insbesondere im Bereich der Kraftstoffleitung 13 entstehen können, vermieden werden. Mit diesen Kavitation auftretende Gerauschbildungen können dann ebenfalls vermieden werden.
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In dem Zeitpunkt TZ der 3 ist die Einspritzduse 16 aufgrund des bereits stark abgefallenen Drucks P sicher verschlossen. Die Einspritzung von Kraftstoff ist damit beendet.
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Wie aus dem mittleren Diagramm der 3 ersichtlich ist, erreicht das Stellglied 21 etwa kurz nach dem Zeitpunkt TZ seinen stabilen Zwischenzustand Z. Dies hat zur Folge, dass – wie erlautert wurde – der Druck in der Kraftstoffleitung 13 aufgrund des Zwischenzustands Z nicht abrupt abfällt, sondern in Abhängigkeit von dem Zwischenzustand Z, also letztlich in Abhangigkeit von dem Hub HMV des Stellglieds 21 langsam absinkt.
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Die Geschwindigkeit des Abbaus des Drucks P in der Kraftstoffleitung 13 wird damit aufgrund des Zwischenzustands Z vermindert. Diese Abflachung des Drucks P ist in dem unteren Diagramm der 3 zu erkennen. Mögliche Kavitationen und daraus resultierende Geräusche werden auf diese Weise verhindert.
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Die Absteuerrate, also die Geschwindigkeit des Abbaus des Drucks P in der Kraftstoffleitung 13 nach dem Zeitpunkt TZ, kann in Abhängigkeit von der Wahl des Zwischenzustands Z eingestellt werden. Je näher der Zwischenzustand Z sich dabei bei dem geschlossenen Zustand S des Stellventils 11 befindet, desto geringer ist die Absteuerrate nach dem Zeitpunkt TZ.
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Wie bereits erlautert wurde, kann der Zwischenzustand Z in dem Zeitbereich b mit Hilfe des das Stellventil 21 beaufschlagenden Stroms IMV variabel eingestellt werden. Insbesondere kann durch die Wahl des Maximalwerts des Stromimpulses wahrend der Zeitdauer b1 und/oder durch die Wahl des getakteten Stroms wahrend der Zeitdauer b3 der Zwischenzustand Z auf einen erwunschten Hub HMV des Stellglieds 21 und damit des Stellventils 11 eingestellt werden.
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Dies bedeutet gleichzeitig, dass mit Hilfe des Stroms IMV letztlich die Absteuerrate der Pumpe-Duse-Einheit 10 nach dem Zeitpunkt TZ, also die Geschwindigkeit des Abbaus des Drucks P in der Kraftstoffleitung 13 nach diesem Zeitpunkt TZ, variabel auf einen vorgebbaren Wert eingestellt bzw. gesteuert und/oder geregelt werden kann.