Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffinj ektors mit Leerhub Die vorliegende Erfindung betrifft das technische Gebiet der Ansteuerung von Kraftstoffinj ektoren . Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren zum Ansteuern eines

Kraftstoffinj ektors mit Leerhub für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges, wobei der Kraftstoffinj ektor einen Magnetspulenantrieb mit einer Magnetspule und einem beweglichen Anker und eine bewegliche Düsennadel aufweist. Die vorliegende Erfindung betrifft des Weiteren eine Motorsteuerung und ein Computerprogramm. Bei Betrieb von direkt betriebenen Kraftstoffinj ektoren mit Magnetspulenantrieb (auch Spuleneinspritzinj ektoren genannt) mit gleichen Ansteuerungsparameterwerte (insbesondere Strom- und Spannungswerte) kommt es generell aufgrund von elektrischen, magnetischen und mechanischen Toleranzen zu unterschiedlichen zeitlichen Öffnungs- und Schließverhalten der einzelnen Injektoren und somit zu Variationen in der jeweiligen Ein- spritzmenge .

Die relativen Einspritzmengenunterschiede von Injektor zu Injektor vergrößern sich bei kürzer werdenden Einspritzzeiten. Bisher waren diese relativen Mengenunterschiede klein und ohne praktische Bedeutung. Die Entwicklung in Richtung kleinerer Einspritzmengen und Einspritzzeiten führt aber dazu, dass der Einfluss von den relativen Mengenunterschieden nicht mehr außer Betracht gelassen werden kann.

Die Injektoren werden für den Betrieb mit einem bestimmten zeitlichen Spannungs- bzw. Stromprofil beaufschlagt, das in Bezug auf den Öffnungsvorgang üblicherweise mit einer Boostphase beginnt. Für den sogenannten hydraulisch ballistischen Betrieb (bei dem der Kraftstoffinj ektor nicht vollständig geöffnet wird) endet die Ansteuerung direkt nach der Boostphase, wobei für den sogenannten hydraulisch statischen Betrieb (bei dem der Kraftstoffinj ektor vollständig geöffnet und eine Zeitlang offengehalten wird) zumindest eine erste Haltephase und ge ^¬ gebenenfalls auch eine zweite Haltephase (die eigentliche Haltephase) folgt bzw. folgen.

Für den hydraulisch statischen Betrieb, insbesondere bei hohen Betriebsnenndrucken von z.B. 500 Bar, haben sich Injektorkonzepte mit Leerhub als vorteilhaft erwiesen. Die benötigte elektrische Energie, der elektrische Booststrom kann prinzipiell kleiner ausgelegt werden, da der Beginn der hydraulischen Öffnung nicht nur durch die anliegende Magnetkraft, sondern zusätzlich durch den Ankerimpuls getrieben wird.

Wenn ein solcher Kraftstoffinj ektor mit Leerhub nun im hyd- raulisch ballistischen Betrieb verwendet wird, kommt es unter Umständen vor, dass die Einspritzung von Kraftstoff erfolgt, indem die Öffnung nur durch den Ankerimpuls getrieben wird und der die Magnetkraft erzeugende Strom bereits abgeschaltet ist. Die Einspritzmengen unterliegen in diesem Falle erfahrungsgemäß einer höheren Streuung, was wahrscheinlich auf die fehlende

Magnetkraft und damit verbundene Stabilität zurückzuführen ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Ansteuerung für den hydraulisch ballistischen Betrieb von Leerhubinj ektoren bereitzustellen, die insbesondere die oben erwähnten Streuungsprobleme reduzieren bzw. minimieren kann .

Diese Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen der vorlie ^¬ genden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Ansteuern eines einen Magnetspulenantrieb und eine Düsennadel aufweisenden Kraftstoffinj ektors für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges beschrieben, wobei der Magnetspulenantrieb eine Magnetspule und einen beweglichen Anker aufweist, wobei der Kraftstoffinj ektor einen Leerhub zwischen Anker und Düsennadel aufweist. Das beschriebene Verfahren weist folgendes auf: (a) Beaufschlagen des Magnetspulenantriebs mit einem Vorladestrom während einer Vorladephase, um den beweglichen Anker in mechanischen Kontakt mit der Düsennadel zu bringen, und (b) Beaufschlagen des Magnetspulenantriebs mit einem Span ^¬ nungspuls während einer Boostphase bis die Stromstärke des durch die Magnetspule fließenden Stromes einen vorbestimmten Spitzenwert erreicht. Dem beschriebenen Verfahren liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die eingangs erläuterte Streuung der Einspritzmengen bei Kraftstoffinj ektoren mit Leerhub durch Versetzen des Injektors in einen Zustand ohne Leerhub erheblich reduziert bzw. ent ^¬ gegengewirkt wird.

In diesem Dokument bezeichnet „Boostphase" insbesondere eine Phase der Ansteuerung eines Kraftstoffinj ektors , in welcher der Kraftstoffinj ektor mit einer (gegenüber der Batteriespannung, die zum Beispiel typisch 12V beträgt) erhöhten Spannung (zum Beispiel ca. 65V) beaufschlagt wird. Die Boostphase dient dazu, eine schnelle Öffnung des Kraftstoffinj ektors zu schaffen bzw. einzuleiten, und wird beendet, indem die Stromstärke des durch die Magnetspule fließenden Stromes einen vorbestimmten Spitzenwert (auch Peakstrom genannt) erreicht.

Das erfindungsgemäße Verfahren beginnt mit einer Vorladephase, in welcher der bewegliche Anker des Kraftstoffinj ektors in dem Sinne in mechanischen Kontakt mit der Düsennadel gebracht wird, dass der Anker aus seiner Ruhelage ohne großen bzw. wesentlichen Impuls aus dem Leerhub heraus in die Stellung gebracht wird, bei der die hydraulisch wirksame Düsennadel verharrt. Mit anderen Worten wird der Kraftstoffinj ektor während der Vorladephase in den sogenannten OPPl-Zustand gebracht. Dabei wird der Vorla ^¬ destrom vorzugsweise so niedrig gehalten, dass der Anker sanft an dem Anker angelegt wird und dort bis auf weiteres verbleibt. Dies kann zum Beispiel durch eine Stromregelung erfolgen, wobei eine passend niedrige Spulenspannung abwechselnd ein- und ausgeschaltet wird. Nach der Vorladephase folgt eine Boostphase. Mit anderen Worten wird der Magnetspulenantrieb nun mit einem (erhöhten) Span ^¬ nungspuls beaufschlagt, der bis zum Erreichen einem vorbe- stimmten Spitzenwert des Spulenstroms dauert, wonach die

Spannung abgeschaltet wird, damit die Stromstärke wieder ab ^¬ fallen kann. Dadurch wird der Kraftstoffinj ektor zumindest teilweise geöffnet und gibt eine gewisse Einspritzmenge frei. Wegen der zuvor durchgeführten Vorladephase sind die An- fangsbedingungen für den Öffnungsvorgang hier wohl definiert und eine Streuung der Einspritzmenge (zwischen Einspritzvorgängen mit einem Kraftstoffinj ektor sowohl als auch zwischen Ein- spritzvorgängen verschiedener Kraftstoffinj ektoren mit gleichen Einspritzparameter) wird sehr niedrig bzw. vernachlässigbar sein.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der vorbe ^¬ stimmte Spitzenwert so gewählt, dass die Düsennadel eine ballistische Bewegung durchführt. Mit anderen Worten ist der vorbestimmte Spitzenwert so niedrig gewählt, dass die Düsennadel einer parabelförmigen Flugbahn folgt und nicht oben (am Polstück) anschlägt. Der Kraftstoffinj ektor wird somit nicht vollständig geöffnet . Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Verfahren ferner ein erneutes Beaufschlagen des Magnetspulenantriebs mit dem Vorladestrom auf, um den beweglichen Anker in mechanischem Kontakt mit der Düsennadel zu halten. Hier wird der bewegliche Anker mit anderen Worten nach der Einspritzung zurück in die durch die Vorladephase erzielte Stellung gebracht, damit eine nachfolgende Einspritzung bei ähnlichen bzw. identischen Startbedingungen erfolgen kann. Dies wird vorzugsweise mit einer geeigneten Regelung gemacht, die die Stromstärke bis zum Vorladestrom abfallen lässt und dann auf diesem Wert verbleiben lässt. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Verfahren ferner ein Beaufschlagen des Magnetspulenantriebs mit einem weiteren Spannungspuls während einer weiteren Boostphase bis die Stromstärke des durch die Magnetspule fließenden Stromes einen weiteren vorbestimmten Spitzenwert erreicht auf.

In diesem Ausführungsbeispiel erfolgt eine weitere Einspritzung, wobei eine Streuung in der Einspritzmenge in ähnlicher Wiese wie bei der vorhergehenden Einspritzung vermieden wird.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist auch der weitere vorbestimmte Spitzenwert so gewählt, dass die Düsennadel eine weitere ballistische Bewegung durchführt. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der weitere vorbestimmte Spitzenwert gleich dem vorbestimmten Spitzenwert .

In diesem Falle folgen somit zwei im Wesentlichen identische Einspritzungen aufeinander.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Vorladestrom so gewählt, dass im Wesentlichen keine Bewegung der Düsennadel während der Vorladephase stattfindet.

Mit anderen Worten ist der Vorladestrom so gewählt, dass der Anker ruhig bis zur Düsennadel hin bewegt wird und dort sanft anschlägt und abgebremst wird. Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird eine Motorsteuerung für ein Fahrzeug beschrieben, die zum Verwenden eines Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt und/oder einem der obigen Ausführungsbeispiele eingerichtet ist. Diese Motorsteuerung ermöglicht es durch Verwendung des Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt, Einspritzmengen mit sehr niedriger Streuung in einfacher Weise zu erzielen. Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird ein Computerprogramm beschrieben, welches, wenn es von einem Prozessor ausgeführt wird, eingerichtet ist, das Verfahren gemäß dem ersten Aspekt und/oder einem der obigen Ausführungsbeispiele durchzuführen .

Im Sinne dieses Dokuments ist die Nennung eines solchen Com ^¬ puterprogramms gleichbedeutend mit dem Begriff eines Pro ^¬ gramm-Elements, eines Computerprogrammprodukts und/oder eines computerlesbaren Mediums, das Anweisungen zum Steuern eines Computersystems enthält, um die Arbeitsweise eines Systems bzw. eines Verfahrens in geeigneter Weise zu koordinieren, um die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren verknüpften Wirkungen zu erreichen .

Das Computerprogramm kann als computerlesbarer Anweisungscode in jeder geeigneten Programmiersprache wie beispielsweise in JAVA, C++ etc. implementiert sein. Das Computerprogramm kann auf einem computerlesbaren Speichermedium (CD-Rom, DVD, Blu-ray Disk, Wechsellaufwerk, flüchtiger oder nicht-flüchtiger Speicher, eingebauter Speicher/Prozessor etc.) abgespeichert sein. Der Anweisungscode kann einen Computer oder andere programmierbare Geräte wie insbesondere ein Steuergerät für einen Motor eines Kraftfahrzeugs derart programmieren, dass die gewünschten Funktionen ausgeführt werden. Ferner kann das Computerprogramm in einem Netzwerk wie beispielsweise dem Internet bereitgestellt werden, von dem es bei Bedarf von einem Nutzer heruntergeladen werden kann.

Die Erfindung kann sowohl mittels eines Computerprogramms, d.h. einer Software, als auch mittels einer oder mehrerer spezieller elektrischer Schaltungen, d.h. in Hardware oder in beliebig hybrider Form, d.h. mittels Software-Komponenten und Hardware-Komponenten, realisiert werden.

Es wird darauf hingewiesen, dass Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf unterschiedliche Erfindungsgegenstände be ^¬ schrieben wurden. Insbesondere sind einige Ausführungsformen der Erfindung mit Verfahrensansprüchen und andere Ausführungsformen der Erfindung mit Vorrichtungsansprüchen 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 Typen von Erfindungsgegenständen gehören. Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden beispielhaften Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform.

Figur 1 zeigt eine Darstellung von Spulenstrom, Ankerbewegung und Düsennadelbewegung bei herkömmlicher Ansteuerung eines Kraftstoffinj ektors mit Leerhub im ballisti ^¬ schen Betrieb.

Figur 2 zeigt eine Darstellung von Spulenstrom, Ankerbewegung und Düsennadelbewegung bei erfindungsgemäßer AnSteuerung eines Kraftstoffinj ektors mit Leerhub im ballistischen Betrieb.

Es wird darauf hingewiesen, dass die nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen lediglich eine beschränkte Auswahl an möglichen Ausführungsvarianten der Erfindung darstellt.

Die Figur 1 zeigt eine Darstellung von Spulenstrom 11, Ankerbewegung 12 und Düsennadelbewegung 13 bei herkömmlicher Ansteuerung eines Kraftstoffinj ektors mit Leerhub im ballis ^¬ tischen Betrieb. Spezifischer zeigt die Figur 1 einen Stromverlauf 11 (als Funktion der Zeit t) , der ab einem bestimmten Zeitpunkt bis zum Erreichen eines Spitzenwertes ansteigt. Die Zeitdauer dieser Boostphase ist mit Ti gekennzeichnet. Kurz nach Beginn der Boostphase wird der Anker nach oben bewegt und beschreibt dann im Wesentlichen einer parabelförmigen Bewegung, wie es anhand der Kurve 12 dargestellt wird. Die Düsennadel wird erst nach einer mit Th bezeichneten Zeitdauer ab Beginn der Boostphase bewegt, indem der Anker die Ruheposition A der Düsennadel erreicht und die Düsennadel mitnimmt. Auch die Düsennadel beschreibt dann eine parabelförmige Bewegung, wie es anhand der Kurve 13 dargestellt wird. Die ganz offene Stellung des Kraftstoffinj ektors , die mit B gekennzeichnet ist, wird nicht erreicht .

Die Figur 2 zeigt eine Darstellung von Spulenstrom 21, Ankerbewegung 22 und Düsennadelbewegung 23 bei erfindungsgemäßer Ansteuerung eines Kraftstoffinj ektors mit Leerhub im ballis ^¬ tischen Betrieb. Spezifischer beginnt die erfindungsgemäße Ansteuerung mit einer Vorladephase 24, in der der Spulenstrom 21 auf einen relativ niedrigen Wert geregelt wird, welcher aber ausreicht, um den Anker 22 ruhig bis zur Ruheposition der Düsennadel A zu bewegen. Dann folgt eine Boostphase Ti, in der die Stromstärke 21 bis zum Erreichen des Spitzenwertes

(Peakstroms) ansteigt. Nach etwa der Hälfte der Zeitdauer der Boostphase Ti bewegt sich Anker und Düsennadel zusammen entlang einer parabelförmigen Bewegungskurve. In dem in der Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiel geht der Spulenstrom 21 zurück auf seinem Ausgangswert vor der Vorladephase (das heißt 0A) , so dass der Anker auch wieder zurück in seine Ausgangsposition kommt. Es soll aber erwähnt werden, dass der Spulenstrom 21 in einer anderen Ausführungsform nur bis zu dem anfangs einge- stellten Vorladestrom zurückgeht, so dass der Anker nach dem Einspritzvorgang in Kontakt mit der Düsennadel (Position A) verbleibt und somit eine nachfolgende Einspritzung bei ähnlichen Bedingungen wie die der ersten Einspritzung erfolgen kann.

Bezugs zeichenliste

11 Stromverlauf

12 Ankerposition

13 Düsennadelposition

A Ausgangsposition der Düsennadel

B Oberste Position der Düsennadel t Zeit

Ti Boostphase

Th Zeitintervall

21 Stromverlauf

22 Ankerposition

23 Düsennadelposition

24 Vorladephase

A Ausgangsposition der Düsennadel

B Oberste Position der Düsennadel t Zeit

Ti Boostphase