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Die
Erfindung betrifft ein Einspritzventil für Brennkraftmaschinen, mit
einem Ventilsitz in einem Düsenkörper aus
elektrisch leitendem Material und einer isoliert in diesem Körper geführten leitenden Ventilnadel,
deren düsenseitiges
Ende dem Ventilsitz zugeordnet ist und die ferner mit dem Ventilsitz
einen elektrischen Sitzkontaktschalter bildet, welcher einen über den
Düsenkörper und
die Ventilnadel geführten Stromkreis
unterbricht, wenn die Ventilnadel vom Ventilsitz abhebt. Die Erfindung
betrifft außerdem
ein Einspritzsystem mit einem derartigen Einspritzventil.
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Ein
gattungsgemäßes Einspritzventil
ist bereits aus der
DE
34 45 721 A1 bekannt.
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Im
Zusammenhang mit den wachsenden Anforderungen an ein geregeltes
Motor-Einspritzsystem wird es zunehmend wichtiger, ein stabiles
Regelsystem zur präzisen
Regelung der einzuspritzenden Kraftstoffmenge aufbauen zu können. Der
Regelungsbedarf ergibt sich insbesondere auch aus der Notwendigkeit
der Kompensation von Einspritzmengenstreuungen, die bei serienmäßig gefertigten
Einspritzventilen – verursacht
durch relativ große
Toleranzfenster – unvermeidlich
auftreten. Eine Kompensation dieser Streuungen durch Ausmessen der
Betriebspunkte der einzelnen Einspritzdüsen am Ende der Fertigung und
anschließende
Set-Bildung passender, d. h. in den Betriebspunkten sich ähnelnder Injektoren
ist zwar möglich,
jedoch sehr aufwändig.
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Andererseits
setzt eine Kompensation der Streuungen im Serienbetrieb eine ausreichend
genaue Erfassung bzw. Ermittlung des Zeitpunktes und der tatsächlichen
Menge der einzelnen Einspritzung voraus. Eine derartige Kontrolle
kann, beispielsweise in einem Diesel Piezo-Injektor mit Diesel- Motorsteuerungssystem,
nicht direkt, sondern nur mittelbar durch Erfassung der tatsächlichen
Bewegung der Ventilnadel im Einspritzventil und einer darauf aufbauenden
Berechnung der Einspritzmenge erfolgen.
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Zum
Zweck der Erfassung der tatsächlichen Bewegung
der Ventilnadel sind in den letzten Jahren bereits Nadelhubsensoren
bekannt geworden, die berührungslos,
beispielsweise auf der Basis von optischen Elementen oder von Hall-Elementen,
arbeiten. Es ist jedoch – auch
unter Kostengesichtspunkten – nicht
unproblematisch, derartige Sensoren mit relativ hohem Raumbedarf
in einen ohnehin eng dimensionierten Injektor, gegebenenfalls in
eine Umgebung, in der Kraftstoffdrücke bis zu 2000 bar herrschen,
einzubauen. Zum anderen bedingt der Einbau eines Nadelhubsensors
ein erhöhtes
Risiko von Undichtigkeiten. Darüber
hinaus kann für
die Ansteuerung und die Signalauswertung ein erhöhter Schaltungsaufwand erforderlich
werden, der entweder ebenfalls im Injektor untergebracht werden
muss, oder zusätzlichen
Platz im Steuergerät
benötigt.
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Seit
längerem
ist, beispielsweise aus der oben genannten Offenlegungsschrift,
auch ein Nadelhubsensor mit eingeschränkten Überwachungsmöglichkeiten
in Form eines Ventilnadel/Ventilsitz-Kontaktschalters bekannt, dessen
zwei Schaltpositionen mit den Zeitpunkten des Schließens bzw. Öffnens der
Ventilnadel korreliert sind, so dass die tatsächliche Einspritzdauer gemessen
werden kann. Die bekannte Schalterfunktion setzt, außer am Kontaktpunkt
der Spitze der Ventilnadel mit dem im Düsenkörper ausgebildeten Ventilsitz,
eine Isolierung zwischen der Ventilnadel und dem Düsenkörper voraus.
Diese Isolierung wird beim bekannten Einspritzventil einerseits
durch eine Isolierschicht zwischen der Ventilnadel und einer Führung im
Düsenkörper und
andererseits durch eine weitere Isolierung realisiert, die oberhalb
der oberen (ventilseitigen) Endfläche der Ventilnadel angeordnet
ist, um zu verhindern, dass diese Endfläche am Ende eines Ventilhubs
auf eine nicht definierte, die Einspritzdauermessung offenbar störende Weise
mit dem Düsenkörper in
Kontakt kommt.
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Durch
Messung des Spannungsabfalls in einem den Kontaktschalter enthaltenden
Stromkreis des bekannten Einspritzventils ist es demnach möglich, anhand
von Anfang und Ende eines Zyklus der Ventilnadelbewegung eine Aussage über die
Dauer des Einspritzvorgangs zu gewinnen. Solange jedoch über die
Details des Einspritzverlaufs keine weiteren Informationen vorliegen,
kann aus der Einspritzdauer nicht mit vertretbarem Rechenaufwand,
bzw. nicht mit ausreichender Genauigkeit, die tatsächliche
Einspritzmenge ermittelt bzw. abgeschätzt werden.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein Einspritzventil
der eingangs angegebenen Art, insbesondere einen Piezo-Injektor,
so weiterzubilden, dass ohne großen Rechenaufwand eine genauere
Aussage über
die tatsächliche
Einspritzmenge möglich
ist.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein
Einspritzventil gemäß Anspruch
1 gelöst.
Weiterhin betrifft die erfindungsgemäße Lösung ein Einspritzsystem gemäß Anspruch
7 mit einem Einspritzventil. Weiterbildungen und bevorzugte Maßnahmen ergeben
sich aus den Unteransprüchen.
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Erfindungsgemäß ist bei
einem Einspritzventil der eingangs genannten Art demnach vorgesehen, dass
ein aus Düsenkörper und
Ventilnadel gebildeter Doppelschalter vorgesehen ist, der aus dem
Sitzkontaktschalter und einem Anschlagschalter besteht, welcher
am ventilseitigen Ende der Ventilnadel und einer zugeordneten Anschlagfläche im Düsenkörper gebildet
ist. Weiter ist vorgesehen, dass der parallel zum Sitzkontaktschalter
geschaltete Anschlagschalter den vom Sitzkontaktschalter unterbrochenen Stromkreis
schließt,
sobald die Ventilnadel an der Anschlagfläche anschlägt und wieder unterbricht,
sobald die Ventilnadel von der Anschlagfläche abhebt.
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Gemäß der Erfindung
werden demnach nicht mehr wie bisher nur Anfang und Ende der Nadelbewegung
erfasst, sondern, wenigstens in den relevanten Betriebszuständen, zusätzlich der
Beginn und das Ende des Nadelanschlags, also die Zeitpunkte, die
mit dem Erreichen und dem Beginn der Verringerung der maximalen
Einspritzrate gleichsetzbar sind. Da der weiter unten anhand von 3 in einem Nadelhub-Zeit-Diagramm
näher beschriebene
Zyklus der Nadelbewegung einen dreieckigen Verlauf für kurze
Ansteuerdauern und einen trapezförmigen
Verlauf für
lange Ansteuerdauern beschreibt, kann mit der Kenntnis der gemäß der Erfindung
maximal erfassbaren vier Zeitpunkte pro Nadelzyklus die Nadelbewegung
relativ gut rekonstruiert werden. Da auch Raildruck (durch einen
Hochdrucksensor) und die Durchflussmenge der Düse (aus den Fertigungsdaten)
bekannt sind, können
aus den reproduzierbar und dokumentierbar detektierten Zeitsignalen
der Einspritzverlauf und die Einspritzmenge berechnet werden. Dadurch
kann für
den Serienbetrieb ein stabiles Regelsystem zur Regelung der einzuspritzenden
Kraftstoffmenge aufgebaut werden.
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Zur
mechanischen und elektrischen Realisierung ist es gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung vorteilhaft, den Stromkreis über eine isoliert im Düsenkörper angeordnete
Düsenhaltefeder
zu führen,
welche die Ventilnadel gegen den Ventilsitz drückt, wobei sich die Düsenhaltefeder
ventilseitig an einer Einstellscheibe, die mit einem weiterführenden Anschlusskontakt
elektrisch verbunden ist, und düsenseitig
an einem leitenden Hubeinstellbolzen abstützt, der gegen die Ventilnadel
gedrückt
ist. Gleichzeitig sollte die Einstellscheibe und der Hubeinstellbolzen
mindestens an einem Teil der nicht zur Kontaktgabe dienenden Flächen eine
isolierende, abriebfeste und die Bewegung der Teile nicht durch
Reibung hemmende isolierende Beschichtung wie z. B. eine Isolationsschicht
aufweisen.
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Innerhalb
bestehender konstruktiver Aufbauten von Injektoren kann der Anschlagschalter
günstigerweise
dadurch integriert werden, dass der Düsenkörper oberhalb des ventilseitigen
Endes der Ventilnadel als Zwischenscheibe ausgebildet ist, und dass am
ventilseitigen Ende der Ventilnadel eine axiale Ringschulter ausgebildet
ist, der eine an der Unterseite der Zwischenscheibe ausgebildete
Gegenschulter als Anschlagfläche
zugeordnet ist.
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Im
Hinblick auf die Vermeidung von Korrosion ist es günstig, wenn
als Betriebsspannung UB eine Wechselspannung
oder eine pulsierende Gleichspannung angelegt wird, um den jeweils
vorliegenden Schaltzustand des Doppelschalters durch Messung des
Spannungsabfalls im Stromkreis zu ermitteln. Dabei ist es bei elektrisch
angesteuerten Ventilen von besonderem Vorteil, wenn die Aktivierung des
Mess-Stromkreises periodisch erfolgt und jeweils zeitgleich mit
der periodischen Bestromung des elektrischen Antriebs beginnt. Der
volle Informationsgehalt der auf vier Zeitpunkte gestützten Erfassung
der Nadelbewegung kann dabei dadurch gesichert werden, dass die
Aktivierung des Mess-Stromkreises mit einer Verzögerung gegenüber dem
Ende der Bestromung des elektrischen Antriebs jeweils erst nach Rückkehr der
Ventilnadel zum Ventilsitz endet und mit Beginn der nächsten Bestromung
des elektrischen Antriebs wieder beginnt.
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Das
erfindungsgemäße Einspritzsystem
umfasst ein Einspritzventil der oben beschriebenen Art. Dabei ist
es von Vorteil, wenn das Einspritzventil als ein mit einem zentralen
Druckspeicher für
den Kraftstoff verbundener Piezo-Injektor ausgebildet ist, dessen
elektrische Ansteuerung mittels eines Steuergerätes erfolgt, wobei das Steuergerät, mindestens
in einzelnen Phasen bestimmter Betriebszustände der Brennkraftmaschine,
die durch die Schaltzustände des
Doppelschalters definierten vier Zeitpunkte des Beginns, des Erreichens
und anschließenden
Verlassens des Maximums und des Endes einer einzelnen Einspritzung
anhand der Messung des Spannungsab falls im Mess-Stromkreis ermittelt
und daraus eine für
eine Einspritzratenregelung relevante Ist-Einspritzmenge errechnet.
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Weitere
Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung sind in der nachfolgenden
Beschreibung des in den Figuren der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles
näher erläutert. Es
zeigt:
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1 schematisch einen Längsschnitt
durch den düsenseitigen
Teil eines Einspritzventils gemäß der Erfindung,
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2 ein elektrisches Ersatzschaltbild,
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3 ein Diagramm des Nadelhubs
und ein Diagramm des zugehörigen
Spannungsabfalls im Mess-Stromkreis, jeweils in Abhängigkeit
von der Zeit.
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1 zeigt im Längsschnitt
beispielhalber ein piezoelektrisch angetriebenes Einspritzventil, das,
zusammen mit anderen Piezo-Injektoren, in an sich bekannter Weise
mit einem nicht dargestellten zentralen Druckspeicher (Common Rail)
für Diesel-Kraftstoff
verbindbar ist und dessen elektrische Ansteuerung mittels eines
externen Steuergerätes (ECU)
erfolgt. Der Piezo-Aktuator selbst befindet sich üblicherweise
im hier nicht dargestellten oberen Teil des Injektors.
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Der
untere Teil des Einspritzventils ist hauptsächlich aus elektrisch leitenden
Materialien hergestellt und bezüglich
der Ventilachse 1 rotationssymmetrisch ausgebildet. Er
weist einen Düsenkörper 2 auf,
an dessen Düsenöffnung 3 ein
Ventilsitz 4 ausgebildet ist, auf welchem eine Ventilnadel 5 sitzt,
die zusammen mit dem Ventilsitz 4 einen bei geschlossenem
Ventil geschlossenen und bei geöffnetem
Ventil offenen Sitzkontaktschalter S1 bildet.
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Die
Ventilnadel 5 ist in ihrem oberen, im Querschnitt vergrößerten Abschnitt
eng im Düsenkörper 2 geführt, wobei
in an sich bekannter Weise eine Isolierschicht zwischen diesem Abschnitt
der Ventilnadel 5 und dem Düsenkörper 2 vorgesehen ist.
Am Übergang
des oberen zum unteren, im Querschnitt verengten Abschnitts der
Ventilnadel 5 ist eine (über einen nicht dargestellten
Zulauf) mit Kraftstoff versorgte Hochdruckkammer 13 vorgesehen,
von der aus die Zuführung
von Kraftstoff entlang der Ventilnadel 5, über den
Ventilsitz 4, zur Düsenöffnung 3 hin
erfolgen kann. Dadurch ist entlang des unteren Abschnittes der Ventilnadel 5 im
Normalfall bereits eine ausreichende Isolierung zum Düsenkörper 2 gegeben.
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Die
obere Endfläche
der Ventilnadel 5 grenzt an eine Zwischenscheibe 6,
die bei dieser Ausführungsform
einen düsenseitigen
Hochdruckbereich des Kraftstoff-Einspritzventils von einem ventilseitigen
Niederdruckbereich trennt und die mit den darüber und darunter angeordneten
weiteren Bereichen des Düsenkörpers 2 elektrisch
leitend verbunden ist. Oberhalb der Zwischenscheibe 6 ist
im Injektorkörper 15 ein
stirnseitig offener Federraum 7 ausgespart, in dem eine
Düsenhaltefeder 8 angeordnet
ist. Die Düsenhaltefeder 8 stützt sich
nach unten hin auf die Oberseite eines als T-Stück ausgebildeten Hubeinstellbolzens 9 ab,
der durch eine Bohrung im Zwischenstück 6 hindurchgeführt ist
und mit seiner Unterseite auf die obere Endfläche der Ventilnadel 5 drückt. Gegenüberliegend
stützt
sich die Düsenhaltefeder 8 an
einer gegenüber
dem Injektorkörper 15 isoliert
angeordneten Einstellscheibe 10 ab, die durch eine nach
außen
führende
Bohrung mit einem gegenüber
dem Injektorkörper 15 isolierten
Anschlusskontakt 11 elektrisch verbunden ist.
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Axial
durch die Düsenhaltefeder 8 hindurch ist
ein Steuerkolben 12 geführt,
der mit einem Ende auf die Oberseite des Hubeinstellbolzens 9 drückt und
mit dem gegenüberliegenden
Ende in den oberen Teil des Injektorkörpers 15 hineinreicht.
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Die
in den mechanisch-hydraulischen Aspekten an sich bekannte Funktionsweise
dieser Konstruktion beruht darauf, dass, solange der Injektor nicht
angesteuert wird, der hohe Kraftstoffdruck gleichzeitig an der Spitze
der Ventilnadel 5 und in einem an der oberen Endfläche des
Steuerkolbens 12 angeordneten Steuerraum anliegt, sich
dort, wegen der größeren Fläche, jedoch
mit einer größeren wirksamen
Druckkraft äußert und
somit das Ventil schließt.
Wird der Injektor angesteuert, so öffnet der sich ausdehnende
Piezo-Aktuator einen Kraftstoffrücklauf
vom Steuerraum, wodurch der Druck an der Spitze der Ventilnadel 5 das Übergewicht
erhält,
die Ventilnadel 5 nach oben drückt und das Servoventil öffnet. Grundsätzlich sind
erfindungsgemäß jedoch auch
andere Ausführungen
möglich,
bei denen der Injektor oder ein Magnetventil beim Schließen des Ventils
bestromt wird.
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Wie
in 1 erkennbar, ist
der Querschnitt des oberen Abschnittes der Ventilnadel 5 etwas
größer als
der Querschnitt der in der Zwischenscheibe 6 für den Hubeinstellbolzen 9 vorgesehenen
Bohrung. Auf diese Weise ist an der oberen Endfläche der Ventilnadel 5 eine
axiale Ringschulter gebildet, der eine an der Unterseite der Zwischenscheibe 6 ausgebildete
Gegenschulter als Anschlagfläche
zugeordnet ist. Im dargestellten Zustand liegt die Ringschulter
an der Gegenschulter an: der Anschlagschalter S2 ist geschlossen,
der Sitzkontaktschalter S1 und das Ventil sind geöffnet.
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Die
Düsennadel 5 und
der Düsenkörper 2 (Gehäuse) des
beschriebenen Einspritzventils bilden einen Doppelschalter, der
wie folgt wirkt:
Schalter S1 setzt sich zusammen aus der Spitze
der Ventilnadel 5 und dem Ventilsitz 4, Schalter
S2 aus dem ventilseitigen Ende der Ventilnadel 5 und der
zugeordneten Anschlagfläche
an der Unterseite der Zwischenscheibe 6. Schalter 1 ist
geschlossen (S1 = 1) bei nicht angesteuertem Injektor und offen
(S1 = 0) bei angesteuertem Injektor. Schalter 2 ist in
seiner Funktion invers zu Schalter 1, wobei nach dem Umschalten
von S1 bis zum Schließen
von S2, sowie nach dem Öffnen
von S2 bis zum Schließen
von S1, eine zeitliche Verzögerung
auftritt, die jeweils exakt der Nadelbewegungsdauer entspricht.
Dies bedeutet, dass im elektrischen Signal zwischen dem Zeitpunkt
T(S1 öffnen)
und dem Zeitpunkt T(S2 schließen)
beide Schalter geöffnet
sind (S1 = S2 = 0).
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Bei
kurzer Ansteuerdauer, d. h. wenn der Schließvorgang bereits vor Auftreffen
der Ventilnadel 5 auf der Zwischenscheibe 6 eingeleitet
wird, befindet sich die Ventilnadel 5 im rein ballistischen
Betrieb und S2 kann nicht schließen (S2 = 0).
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Um
ein elektrisches Signal zu erhalten, das die Zeiten anzeigt, bei
denen die Schalter 1 und 2 geöffnet und geschlossen werden,
wird der Düsenkörper 2 auf
Masse-Potential gelegt und der Anschlusskontakt 11 wird über einen
Messwiderstand mit einer Spannungsquelle UB verbunden.
Bei dieser in 2 dargestellten
Schaltungsanordnung ist ein hoher Spannungsabfall an dem Messwiderstand
Rmess messbar, wenn S1 oder wenn S2 geschlossen
sind, wenn die Ventilnadel 5 also entweder auf dem Ventilsitz 4 aufsitzt
oder an der Zwischenscheibe 6 anschlägt und so jeweils den Stromfluss
ermöglicht.
Die Spannung wird der Einstellscheibe 10 der Düsenhaltefeder 8 zugeführt und über die
Düsenhaltefeder 8 zur
Ventilnadel 5 weitergeleitet. Dabei ist zu beachten, dass
alle stromführenden
Teile außer
den Kontaktstellen ausreichend gut gegenüber dem Düsenkörper 2 isoliert sind.
Dies wird durch eine Isolationsschicht gewährleistet, die neben einer
hohen Abriebfestigkeit auch einen niedrigen elektrischen Leitwert besitzt
und sich daher auch als Isolationsschicht hervorragend eignet. Diese
muss insbesondere an den Stellen der Einstellscheibe 10 und
des Hubeinstellbolzens 9 vorgesehen werden und der Ventilnadel 5 an
der Stelle an der eine Engführung
zum Düsenkörper 2 hin
besteht.
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Das
in 2 dargestellte elektrische
Ersatzschaltbild macht ferner die Widerstandsverhältnisse im
Injektor deutlich und zeigt den einfachen Aufbau des Messkreises
mit der Spannungsquelle UB, den parallel
geschalteten Schaltern 1 und 2 und dem in Reihe
zu S1 und S2 geschalteten Widerstand RMess. S1
bezeichnet den Sitzkontaktschalter und S2 den Anschlagschalter.
R1 und R2 sind die
dazugehörigen Übergangswiderstände. RISO bezeichnet den Isolationswiderstand der
Isolationsschicht und RFG den Übergangswiderstand
zwischen der Führung
der Ventilnadel 5 und dem Düsenkörper 2. Dabei gilt
R1 ≈ R2 ≪ (RISO + RFG). UB versorgt diese Anordnung mit Spannung,
RMess ist der Messwiderstand, dessen durch
den Stromfluss erzeugten Spannungsabfall UMess zur
Auswertung herangezogen wird.
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Zur
Vermeidung von Korrosion der an S1 und S2 offenliegenden Kontaktflächen wird
die Betriebsspannung UB als Wechselspannung
oder pulsierende Gleichspannung ausgelegt. In beiden Fällen wird
die Schaltung zeitgleich mit oder auch kurz vor der Bestromung des
Piezo-Aktors in Betrieb gesetzt, um zum einen den für eine dauerhafte
Bestromung erforderlichen Energiebedarf zu senken und zum anderen die
Gefahr der Korrosion durch Kontaktabbrand und/oder galvanische Prozesse
herabzusetzen. Um den vollen Informationsgehalt der Schalteranordnung zu
erhalten ist es nötig,
das Bestromungsende der Schaltung nach dem Zeitpunkt des wiederholten Schließens von
S1 zu setzen. Um den richtigen Zeitpunkt zum Abschalten der Schaltung
zu wählen,
ist dabei zu beachten, dass zwischen Entladungsende des Piezo-Aktors
und dem Bewegungsbeginn der Ventilnadel 5 wegen des Druckaufbaus
in der Steuerkammer zusätzlich
zur Laufzeit der Ventilnadel 5 im Schließvorgang
eine weitere Verzögerung
auftritt. Dementsprechend kann ein ausreichend großes zeitliches
Messfenster abgeschätzt
werden, in dem die beiden Zeitpunkte T(S1 öffnet) und T(S2 wieder geschlossen)
mit Sicherheit enthalten sind.
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3 zeigt im oberen Diagramm
beispielhalber einen (im mittleren Abschnitt) trapezförmigen Nadelhub-Verlauf
mit ei ner ersten Sitzkontakt-Phase (S1 = 1, S2 = 0), einer anschließenden ersten
Nadel-Freiflug-Phase (S1 = 0, S2 = 0), einer darauf folgenden Nadelanschlag-Phase
(S1 = 0, S2 = 1) und einer anschließenden zweiten Nadel-Freiflug-Phase (S1
= 0, S2 = 0). Der Gesamthub kann beispielsweise 0,25 mm betragen
und eine Nadel-Freiflug-Phase dauert, abhängig vom Systemdruck, etwa
350 μs.
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Durch
die Einführung
eines – durch
den Anschlagschalter realisierten – zweiten Kontaktpunktes kann
der Informationsgehalt des als Doppelschalter ausgelegten Kontaktschalters
stark erhöht
und dabei der Rechenaufwand im Steuergerät (ECU) zur Ermittlung des
Einspritzverlaufs und der Einspritzmenge stark verringert werden.
Der durch einen trapezförmigen
Verlauf wie im oberen Diagramm in 3 modellmäßig angenähert erfasste
Einspritzverlauf, der der weiteren Auswertung zugrunde gelegt wird, ist
durch die vier aufeinander folgenden Zeitpunkte:
- – T1: Abheben der Ventilnadel aus dem Ventilsitz,
- – T2: Auftreffen der Ventilnadel auf der Anschlagfläche,
- – T3: Abheben der Ventilnadel von der Anschlagfläche,
- – T4: Auftreffen der Ventilnadel im Ventilsitz,
definiert.
Diese Zeitpunkte werden mit Hilfe der in 2 gezeigten Messschaltung im Serienbetrieb mittels
des im unteren Diagramm in 3 dargestellten
elektrischen Signals, das mit den vier Zeitpunkten T1 bis
T4 genau korrespondiert, erfasst.
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Durch
die zeitliche Auswertung des zweiten Kontaktpunktes lässt sich
sehr genau die Laufzeit der Ventilnadel 5 zwischen dem Öffnen des
Sitzkontaktschalters S1 (gleichsetzbar mit Einspritzbeginn) und dem
Auftreffen auf der Anschlagfläche
des Schalters 2 (gleichsetzbar mit Erreichen der maximalen
Einspritzrate) ermitteln. Weiterhin kann auch der umgekehrte Vorgang
(S2 Öffnen,
S1 Schließen)
genauestens betrachtet wer den. Mit diesem Informationsgehalt kann
eine Regelung eingeführt
werden, die aus den gemessenen Werten über wenige Rechenschritte auf
die tatsächliche
Einspritzmenge schließt,
diese mit den nach Betriebsart vordefinierten Sollwerten vergleicht
und über
eine Auswertung der Differenzen die Ansteuerparameter entsprechend
anpasst. Im wesentlichen wird dabei in der ECU zunächst das Zeitintegral über die
vom Nadelhub abhängige
Einspritzrate gebildet, um die tatsächliche Einspritzmenge zu erhalten.
Dies gelingt in guter Näherung,
auch wenn während
der Freiflug-Phasen der Nadel deren Position nicht kontinuierlich
verfolgt, sondern, vgl. das obere Diagramm in 3, für
die Berechnung ein idealisierter linearer Verlauf unterstellt wird.
Die Regelung kann typischerweise in Betriebsarten mit relativ großen Einspritzmengen
(z. B. > 25 mm3) pro Einspritzung zum Zuge kommen, während beispielsweise
im Leerlauf oder Teillastbereich ein rein ballistischer Betrieb
der Ventilnadel, also ein dreieckiger Nadelhub-Verlauf, vgl. die
Linie 14 in 3 oben, vorliegen
kann, wobei die dann noch mögliche
Regelung mit einem Kontaktpunkt (S1), also mit zwei Zeitpunkten,
bereits ausreichend ist, um die Streuung der relativ kleinen (1–25 mm3) Einspritzmengen um über 50 Prozent zu reduzieren.
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Weiterhin
ist es von Vorteil, dass die Isolationsschicht außer einem
sehr niedrigen Reibbeiwert, der eine gute Laufeigenschaft der bewegten
Teile garantiert, auch eine elektrisch gut isolierende Wirkung aufweist.
Dadurch ist es möglich,
alle spannungsführenden
Komponenten außer
den Kontaktstellen entsprechend gut und preisgünstig gegen den Düsenkörper 2 oder
Injektorkörper 15 bzw.
das Gehäuse des
Einspritzventils zu isolieren.