WO2006081898A1 - Kraftstoffeinspritzsystem für brennkraftmaschinen - Google Patents

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WO2006081898A1
WO2006081898A1 PCT/EP2005/056898 EP2005056898W WO2006081898A1 WO 2006081898 A1 WO2006081898 A1 WO 2006081898A1 EP 2005056898 W EP2005056898 W EP 2005056898W WO 2006081898 A1 WO2006081898 A1 WO 2006081898A1
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WO
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pressure
fuel
piston
fuel injection
chamber
Prior art date
Application number
PCT/EP2005/056898
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English (en)
French (fr)
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Thomas Becker
Guenter Veit
Thomas Pauer
Felix Landhaeusser
Roger Busch
Marc Uhl
Oliver Becker
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Robert Bosch Gmbh
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M47/00—Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure
    • F02M47/02—Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure of accumulator-injector type, i.e. having fuel pressure of accumulator tending to open, and fuel pressure in other chamber tending to close, injection valves and having means for periodically releasing that closing pressure
    • F02M47/025—Hydraulically actuated valves draining the chamber to release the closing pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M57/00—Fuel-injectors combined or associated with other devices
    • F02M57/02—Injectors structurally combined with fuel-injection pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M57/00—Fuel-injectors combined or associated with other devices
    • F02M57/02—Injectors structurally combined with fuel-injection pumps
    • F02M57/022—Injectors structurally combined with fuel-injection pumps characterised by the pump drive
    • F02M57/025—Injectors structurally combined with fuel-injection pumps characterised by the pump drive hydraulic, e.g. with pressure amplification

Definitions

  • the invention relates to a fuel injection system for internal combustion engines, as it is preferably used for high-speed direct-injection internal combustion engines.
  • the fuel injection system includes an injector through which fuel can be injected under high pressure into a combustion chamber.
  • a pressure piston which is movable in its longitudinal direction and which delimits a fuel-filled pressure chamber. By a longitudinal movement of the piston, the fuel is compressed in the pressure chamber and fed to the injection nozzle, through which the fuel is finally injected into the combustion chamber.
  • One way of calibration is to measure the speed of the engine at a certain operating point, for example, at idle, and to determine the fuel injection quantity needed for it. If the speed deviates from the nominal value in the longer operation of the internal combustion engine, the injected fuel quantity must be adjusted accordingly. From this change, which is a measure of the wear that has meanwhile occurred, it is then possible to extrapolate the changed injection quantity at other operating points. However, this method is quite inaccurate and does not allow a determination of the absolute injection quantity, so that no reliable conclusions can be drawn on other operating points of the internal combustion engine.
  • a position sensor is arranged on the pressure piston, which compresses the fuel for injection, which allows to determine the absolute position and the time course of the position of the piston. From the movement of the piston can then very accurately determine the displaced from the pressure chamber amount of fuel and thus also the ultimately injected fuel quantity.
  • the position sensor may be a Hall sensor, an inductive sensor, or an ultrasonic sensor. Both Hall sensors and inductive sensors have the advantage that they need not be located directly in the chamber in which the pressure piston moves, but can detect the position of the piston without contact. Since such a sensor is not exposed to the fuel in the pressure chamber or the primary chamber, it does not have to be laboriously sealed against the fuel.
  • the position sensor is connected to an electrical evaluation unit, which detects the signals of the position sensor and calculates the position of the piston therefrom. From the chronological progression of the piston position, it is possible to calculate the amount of fuel displaced by the pressure piston and thus also the injected fuel quantity.
  • the fuel injection system comprises an injection valve 1, which is supplied with fuel 3 from a fuel tank 4.
  • a high-pressure pump 2 By a high-pressure pump 2, fuel 3 is sucked from the fuel tank 4, compressed in the high-pressure pump 2 to an outlet pressure and passed via a delivery line 5 in a high-pressure accumulator 6, where the fuel is kept at output pressure.
  • the accumulator 6 is connected via pressure lines 7 with a plurality of injectors 1, of which only one example is shown in the drawing.
  • the injection valve 1 includes a pressure booster 10 and an injector 32.
  • the pressure booster 10 serves to increase the output pressure of the accumulator 6 to supply increased pressure fuel to the injector 32, through which the fuel is finally injected into the combustion chamber of the internal combustion engine.
  • the pressure amplifier The pressure amplifier
  • the 10 includes a pressure piston 11, which defines a primary end 12 with a first end face 111, which can be connected to the pressure line 7 via a control valve 9.
  • the pressure piston 11 has a second end face 211 which has a smaller area than the first end face 111 and which delimits a pressure chamber 13.
  • the pressure chamber 13 is connected via a pressure line 18 to the injection nozzle 32 and beyond a filling line 15 with the high pressure line 7.
  • a check valve 16 is arranged, which allows a fuel flow through the filling line 15 only in the direction of the pressure chamber 13, but not in the opposite direction.
  • the pressure piston 11 is arranged longitudinally displaceable, and acted upon by a spring 14, wherein the force of the spring 14 presses the pressure piston 11 in the direction of the primary chamber 12.
  • a control valve 9 is arranged, which is designed as a 3/2 way valve.
  • the primary chamber 12 is connected via a discharge line 17 with a leak oil line 29, which is connected to a non-illustrated in the drawing and always unpressurized leakage oil space.
  • the second switching position of the control valve 9 the pressure line 7 is connected to the primary chamber 12, while the Abêt Arthur 17 is closed.
  • the injection nozzle 32 has a valve needle 21, which is arranged to be longitudinally displaceable and releases or closes a plurality of injection openings 22 by their longitudinal movement.
  • the valve needle 21 is in this case surrounded by the fuel pressure in a pressure chamber 20 into which the pressure line 18 opens, so that the pressure in the pressure chamber 20 creates a hydraulic force on the valve needle 21, which is directed away from the injection openings 22.
  • the valve needle 21 is pressurized by the force of a closing spring 23 in the direction of the injection openings 22, wherein the space of the closing spring 23 is connected to the drain line 29 and thus always without pressure.
  • the valve needle 21 is connected to a piston rod 24 which defines with its end face 25 a control chamber 19, which is connected via an inlet throttle 26 to the pressure line 18.
  • the control chamber 19 is also connected via an outlet throttle 28 with a drain line 27, which opens into the drain line 29.
  • a valve 30 is provided, which is designed as a 2/2 way valve and the drain line 27 either closes or releases.
  • the operation of the fuel injection system is as follows: About the high pressure pump 2, a predetermined output pressure is provided in the pressure accumulator 6, which rests on the pressure line 7 to the individual injectors 1. In the idle state of the injector 1, which is shown in the figure, the control valve 9 is in the marked first switching position in which the pressure line 7 is closed, so that the primary chamber 12 is connected via the Abêttechnisch 17 with the drain line 29 and thus pressureless.
  • the valve 30 is in this case also in its first switching position, which is shown in the figure and in which the drain line 27 is interrupted. If an injection of fuel takes place, then the control valve 9 is actuated and moved to the second switching position, in which the pressure line
  • valve needle 21 is now against the force of the closing spring 23 in motion and releases the injection openings 22, so
  • Fuel from the pressure chamber 20 is injected into the combustion chamber.
  • the injection pressure corresponds to the fuel pressure which was generated in the pressure chamber 13 by the pressure piston 11 and, depending on the size ratio of the first end surface 111 and the second end surface 211, is higher than the fuel pressure which is made available in the pressure reservoir 6.
  • the ratio of the area of first face 111 and second face 211 is about 2.
  • valve 30 and also the control valve 9 is actuated, so that both valves go back to their first switching position.
  • the high fuel pressure which builds up again in the control chamber 19 through the fuel flowing in via the inlet throttle 26 acts on the end face 25 of the piston rod 24 and pushes the valve needle 21 back into its closed position.
  • the connection of the primary chamber 12 is interrupted to the pressure line 7, so that the fuel pressure in the primary chamber 9 via the annular gap, which is between the plunger 11 and the spring chamber 33, degraded.
  • the pressure piston 11 moves back to its initial position, wherein the increasing volume of the pressure chamber 13 is filled via the filling line 15 again with fuel from the pressure accumulator 6.
  • the pressure piston 11 surrounds a position sensor 40, which detects the position of the pressure piston 11 and a corresponding signal via a line 42 to an e-lekthari evaluation unit 45 passes.
  • the evaluation unit 45 calculates from the signal of the position sensor 40, the absolute position of the pressure piston 11.
  • the time course of the piston position eriasst can be the evaluation calculate what distance the pressure piston 11 has passed when compressing the fuel in the pressure chamber 13.
  • the actually injected fuel quantity is known, apart from a small amount of control, which is discharged via the inlet throttle 26.
  • the control quantity can be calculated by appropriate algorithms in the evaluation unit and subtracted from the total amount.
  • the injection quantity is controlled by the timing of the valve 30, wherein a certain drive duration usually corresponds to a certain injection quantity.
  • a certain drive duration usually corresponds to a certain injection quantity.
  • this can lead to a shift due to wear over time, since the opening dynamics of the valve needle 21 depends on the area which is acted upon by the fuel pressure in the space 20. If this area changes, the opening dynamics of the valve needle 21 and thus also the quantity of fuel injected per unit time also change. If the evaluation units 45 now detect a discrepancy between the opening time of the
  • Valve 30 and the actually compressed by the pressure piston 11 amount of fuel the switching time of the valve 30 can be adjusted accordingly to adjust the amount of fuel by extending or reducing the switching time of the valve 30.
  • the change in the injection quantity caused by wear can be compensated, so that the injection valve 1 always has the desired
  • Fuel quantity injected into the combustion chamber is Fuel quantity injected into the combustion chamber.
  • the sensor 40 detects the position of the pressure piston 11, preferably without contact.
  • the position sensor 40 for example, is designed as a Hall sensor, which detects the movement of the metallic pressure piston 11.
  • the absolute position of the pressure piston 11 can be released from the signal by calibration, and also the movement of the pressure piston 11 via a continuous measurement.
  • further embodiments of the position sensor 40 are possible, for example in the form of an inductive sensor or an ultrasonic sensor.
  • an evaluation unit 45 can be, for example, use the control unit, which also controls the control valve 9 and the valve 30. Thereby, a control loop is given, which always equals the actual injection quantity to the desired injection quantity over the entire lifetime of the fuel injection system, which is necessary at a specific operating point of the internal combustion engine.

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Abstract

Kraftstoffeinspritzsystem für Brennkraftmaschinen mit einer Einspritzdüse (32), 15 durch die Kraftstoff unter hohem Druck in einen Brennraum einspritzbar ist. Ein Druckkolben (11) weist eine erste Stirnfläche (111), der eine Primärkammer (12) begrenzt, und eine der ersten Stirnfläche (111) gegenüberliegende zweite Stirnfläche (211) auf, die eine kraftstoffgefüllte Druckkammer (13) begrenzt. Der Druckkolben (11) ist bei entsprechendem Druck in der Primärkammer (12) so bewegbar, 20 dass durch seine Längsbewegung der Kraftstoff in der Druckkammer (13) verdichtet und der Einspritzdüse (32) zuführt wird. Zur Messung der Längsbewegung des Kolbens (11) ist ein Positionssensor (40) vorhanden, mit dem sich die Längs- posit ion des Kolbens (11) erfassen lässt.

Description

Kraftstoffeinspritzsystem für Brennkraftmaschinen
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzsystem für Brennkraftmaschinen, wie es vorzugsweise für schnell laufende direkteinspritzende Brennkraftmaschinen verwendet wird. Das Kraftstoffeinspritzsystem umfasst eine Einspritzdüse, durch die Kraftstoff unter hohem Druck in einen Brennraum einspritzbar ist. Zur Erzeugung dieses hohen Kraftstoffdrucks ist ein Druckkolben vorhanden, der in seiner Längsrichtung bewegbar ist und der eine kraftstoffgeiüllte Druckkammer be- grenzt. Durch eine Längsbewegung des Kolbens wird der Kraftstoff in der Druckkammer verdichtet und der Einspritzdüse zugeführt, durch die der Kraftstoff schließlich in den Brennraum eingespritzt wird.
Ein solches System ist bspw. aus der Offenlegungsschrift DE 199 39 428 Al be- kannt. Kraftstoff wird auf einen Ausgangsdruck verdichtet und in einem Druckspeicher zur Verfügung gestellt. Von dort wird der Kraftstoff in die Druckkammer geleitet, die vom Druckkolben begrenzt wird. Um den Druckkolben zu bewegen wird die der Druckkammer abgewandte Stirnseite des Kolbens vom Kraftstoffdruck des Druckspeichers beaufschlagt, sodass sich der Druckkolben in die Druckkammer hineinbewegt. Der dort befindliche Kraftstoff wird dadurch auf einen Einspritzdruck komprimiert und der Einspritzdüse zugeiührt. Dadurch lässt sich der Ausgangsdruck im Druckspeicher erheblich steigern, ohne dass eine Pumpe vorhanden sein muss, die den hohen Einspritzdruck zur Verfügung stellt.
Für eine präzise Funktion der Brennkraftmaschine ist es unerlässlich, die tatsäch- lieh eingespritzte Kraftstofftnenge zu kennen, um gegebenenfalls gegenregeln zu können. Hierfür wird in der Regel eine Kalibrierung durchgeführt, durch die die pro Zeiteinheit eingespritzte Kraftstoffmenge bekannt ist und somit nur die Einspritzzeit gesteuert werden muss. Durch Verschleiß an verschiedenen Bauteilen des Kraftstoffeinspritzsystems driftet diese Einspritzrate jedoch mit der Zeit, so dass sich Abweichungen zwischen der tatsächlichen und der gewünschten Einspritzmenge ergeben und auch zunehmend Abweichungen der Einspritzmenge von einem Einspritzventil zum anderen.
Da im Kraftstoffeinspritzsystem keine Möglichkeit besteht, die tatsächlich einge- spritzte Kraftstoffmenge direkt zu messen, muss diese indirekt bestimmt werden.
Eine Möglichkeit der Kalibrierung ist, die Drehzahl des Motors bei einem bestimmten Betriebspunkt, bspw. im Leerlauf, zu messen und die dafür nötige Kraftstoffeinspritzmenge zu bestimmen. Weicht die Drehzahl im längeren Betrieb der Brennkraftmaschine vom Sollwert ab, so muss die eingespritzte Kraftstoff- menge entsprechend angepasst werden. Aus dieser Änderung, die ein Maß für den inzwischen aufgetretenen Verschleiß ist, lässt sich dann die geänderte Einspritzmenge bei anderen Betriebspunkten extrapolieren. Dieses Verfahren ist jedoch recht ungenau und erlaubt keine Bestimmung der absoluten Einspritzmenge, so- dass sich daraus keine zuverlässigen Rückschlüsse auf andere Betriebspunkte der Brennkraftmaschine ziehen lassen.
Vorteile der Erfindung
Durch das erfϊndungsgemäße Kraftstoffeinspritzsystem für Brennkraftmaschinen ist es hingegen möglich, die eingespritzte Kraftstoffmenge mit deutlich höherer
Präzision zu messen. Dadurch lässt sich beispielsweise durch eine geänderte An- steuerdauer des Einspritzventils die eingespritzte Kraftstoffmenge anpassen, um den Drift, der sich durch den Verschleiß im Kraftstoffeinspritzsystem ergibt, auszugleichen. Hierzu ist am Druckkolben, der den Kraftstoff für die Einspritzung komprimiert, ein Positionssensor angeordnet, der es erlaubt, die absolute Position und den zeitlichen Verlauf der Position des Kolbens zu bestimmen. Aus der Bewegung des Kolbens lässt sich dann sehr genau die aus der Druckkammer verdrängte Kraftstoffmenge bestimmen und damit auch die letztendlich eingespritzte Kraftstoffmenge.
Durch die abhängigen Ansprüche sind vorteilhafte Weiterbildungen des Gegenstandes der Erfindung möglich. Für die Ausbildung des Positionssensors sind verschiedene Möglichkeiten gegeben. Bspw. kann der Positionssensor ein Hall- Sensor sein, ein induktiver Sensor oder ein Ultraschall- Sensor. Sowohl Hall- Sensoren als auch induktive Sensoren haben den Vorteil, dass sie nicht direkt in der Kammer, in der sich der Druckkolben bewegt, angeordnet sein müssen, sondern die Position des Kolbens berührungslos erfassen können. Da ein solcher Sensor dabei nicht vom Kraftstoff in der Druckkammer oder der Primärkammer ausgesetzt ist, muss er nicht aufwendig gegen den Kraftstoff abgedichtet werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der Positionssensor mit einer e- lektrischen Auswerteeinheit verbunden, die die Signale des Positionssensors er- fasst und daraus die Position des Kolbens berechnet. Aus dem zeitlichen Verlauf der Kolbenposition lässt sich die durch den Druckkolben verdrängte Kraftstoffmenge berechnen und damit auch die eingespritzte Kraftstoffmenge.
Weiter Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes der Erfindung sind der Beschreibung und der Zeichnung entnehmbar. - A -
Zeichnung
In der einzigen Figur der Zeichnung ist ein Kraftstoffeinspritzsystem der erfindungsgemäßen Art schematisch dargestellt.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
In der Zeichnung ist ein erfindungsgemäßes Kraftstoffeinspritzsystem für Brennkraftmaschinen schematisch dargestellt. Das Kraftstoffeinspritzsystem umfasst ein Einspritzventil 1, das mit Kraftstoff 3 aus einem Kraftstofftank 4 versorgt wird.
Durch eine Hochdruckpumpe 2 wird Kraftstoff 3 aus dem Kraftstofftank 4 angesaugt, in der Hochdruckpumpe 2 auf einen Ausgangsdruck verdichtet und über eine Förderleitung 5 in einen Hochdruckspeicher 6 geleitet, wo der Kraftstoff bei Ausgangsdruck vorgehalten wird. Der Druckspeicher 6 ist über Druckleitungen 7 mit mehreren Einspritzventilen 1 verbunden, von denen in der Zeichnung nur eines exemplarisch dargestellt ist. Das Einspritzventil 1 umfasst einen Druckverstärker 10 und eine Einspritzdüse 32. Der Druckverstärker 10 dient dazu, den Ausgangsdruck des Druckspeichers 6 zu erhöhen, um Kraftstoff mit erhöhtem Druck der Einspritzdüse 32 zuzuführen, durch die der Kraftstoff letztendlich in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt wird. Der Druckverstärker
10 umfasst einen Druckkolben 11, der mit einer ersten Stirnseite 111 eine Primärkammer 12 begrenzt, die über ein Steuerventil 9 mit der Druckleitung 7 verbindbar ist. Der Druckkolben 11 weist eine zweite Stirnfläche 211 auf, die eine geringere Fläche aufweist als die erste Stirnfläche 111 und die eine Druckkammer 13 begrenzt. Die Druckkammer 13 ist über eine Druckleitung 18 mit der Einspritzdüse 32 verbunden und darüber hinaus über eine Befüllleitung 15 mit der Hochdruckleitung 7. In der Befüllleitung 15 ist ein Rückschlagventil 16 angeordnet, das einen Kraftstofffluss durch die Befüllleitung 15 nur in Richtung der Druckkammer 13 erlaubt, jedoch nicht in entgegengesetzter Richtung. Der Druckkolben 11 ist längsverschiebbar angeordnet, und durch eine Feder 14 beaufschlagt, wobei die Kraft der Feder 14 den Druckkolben 11 in Richtung der Primärkammer 12 drückt.
Zwischen der Druckleitung 7 und der Primärkammer 12 ist ein Steuerventil 9 an- geordnet, das als 3/2 -Wegeventil ausgebildet ist. In einer ersten Schaltstellung, die in der Figur dargestellt ist, wird die Primärkammer 12 über eine Absteuerleitung 17 mit einer Leckölleitung 29 verbunden, die mit einem in der Zeichnung nicht dargestellten und stets drucklosen Leckölraum verbunden ist. In der zweiten Schaltstellung des Steuerventils 9 wird die Druckleitung 7 mit der Primärkammer 12 verbunden, während die Absteuerleitung 17 verschlossen wird. Der den
Druckkolben 11 umgebende Federraum 33, in dem sich die Feder 14 befindet, ist über eine Ablauf leitung 31 ebenfalls mit der Leckölleitung 29 verbunden und damit stets drucklos.
Die Einspritzdüse 32 weist eine Ventilnadel 21 auf, die längsverschiebbar angeordnet ist und mehrere Einspritzöffnungen 22 durch ihre Längsbewegung freigibt oder verschließt. Die Ventilnadel 21 ist hierbei vom Kraftstoffdruck in einem Druckraum 20 umgeben, in den die Druckleitung 18 mündet, sodass durch den Druck im Druckraum 20 eine hydraulische Kraft auf die Ventilnadel 21 entsteht, die von den Einspritzöffnungen 22 weggerichtet ist. Die Ventilnadel 21 wird durch die Kraft einer Schließfeder 23 in Richtung der Einspritzöffnungen 22 druckbeaufschlagt, wobei der Raum der Schließfeder 23 mit der Leckölleitung 29 verbunden ist und damit stets drucklos. Die Ventilnadel 21 ist mit einer Kolbenstange 24 verbunden, die mit ihrer Stirnfläche 25 einen Steuerraum 19 begrenzt, der über eine Zulaufdrossel 26 mit der Druckleitung 18 verbunden ist. Der Steuerraum 19 ist darüber hinaus über eine Ablaufdrossel 28 mit einer Ablaufleitung 27 verbindbar, die in die Leckölleitung 29 mündet. In der Ablaufleitung 27 ist ein Ventil 30 vorgesehen, das als 2/2 -Wegeventil ausgebildet ist und die Ablaufleitung 27 entweder verschließt oder freigibt. Die Funktionsweise des Kraftstoffeinspritzsystems ist wie folgt: Über die Hochdruckpumpe 2 wird im Druckspeicher 6 ein vorgegebener Ausgangsdruck zur Verfügung gestellt, der über die Druckleitung 7 an den einzelnen Einspritzventilen 1 anliegt. Im Ruhezustand des Einspritzventils 1, der in der Figur dargestellt ist, befindet sich das Steuerventil 9 in der eingezeichneten ersten Schaltposition, in der die Druckleitung 7 verschlossen wird, sodass die Primärkammer 12 über die Absteuerleitung 17 mit der Leckölleitung 29 verbunden und damit drucklos ist. Über die Befüllleitung 15 herrscht in der Druckkammer 13 derselbe Druck wie im Druckspeicher 6 und über die Druckleitung 18 liegt der Ausgangsdruck auch im Druckraum 20 der Einspritzdüse 32 an. Der gleiche Ausgangsdruck liegt auch im Steuerraum 19 an, da sich der Druck über die Zulaufdrossel 26 dem Druck in der Druckleitung 18 angleicht. Das Ventil 30 ist hierbei ebenfalls in seiner ersten Schaltposition, die in der Figur dargestellt ist und in der die Ablaufleitung 27 unterbrochen ist. Soll eine Einspritzung von Kraftstoff erfolgen, so wird das Steuer- ventil 9 betätigt und in die zweite Schaltposition gefahren, in der die Druckleitung
7 mit der Primärkammer 12 verbunden wird. Dadurch steigt der Druck in der Primärkammer 12 auf den Druck des Druckspeichers 6, sodass sich eine entsprechende hydraulische Kraft auf die erste Stirnfläche 111 des Druckkolbens 11 aufbaut. Da die erste Stirnfläche 111 deutlich größer ist als die zweite Stirnfläche 211, bewegt sich der Druckkolben 11 entgegen der Kraft der Feder 14 in Richtung der Druckkammer 13, wo der Kraftstoff verdichtet wird und ein hoher Kraftstoffdruck entsteht, wobei der Druck im wesentlichen durch das Verhältnis der Flächen von erster Stirnfläche 111 und zweiter Stirnfläche 211 gegeben ist.
Der hohe Kraftstoffdruck in der Druckkammer 13 setzt sich über die Druckleitung
18 in den Druckraum 20 der Einspritzdüse 32 fort, wo sich die hydraulische Kraft auf die Ventilnadel 21 jetzt erhöht, die in Richtung des Steuerraums 19 wirkt. Solange das Ventil 30 nicht betätigt wird, bleibt die Ventilnadel 21 jedoch, bedingt durch die hydraulische Kraft im Steuerraum 19 in ihrer Schließposition und ver- schließt die Einspritzöffnungen 22. Erst nach Betätigen des Ventils 30, wodurch der Steuerraum 19 über die Ablaufdrossel 28 mit der Ablaufleitung 27 und damit mit der Leckölleitung 29 verbunden wird, sinkt der Druck im Steuerraum 19 ab und damit auch die hydraulische, in Richtung der Einspritzöffhungen 22 wirkende Kraft auf die Kolbenstange 24 und damit auf die Ventilnadel 21. Durch den Druck im Druckraum 20 setzt sich die Ventilnadel 21 jetzt entgegen der Kraft der Schließfeder 23 in Bewegung und gibt die Einspritzöffnungen 22 frei, sodass
Kraftstoff aus dem Druckraum 20 in den Brennraum eingespritzt wird. Der Einspritzdruck entspricht hierbei dem Kraftstoffdruck, der in der Druckkammer 13 durch den Druckkolben 11 erzeugt wurde und der, je nach Größenverhältnis von erster Stirnfläche 111 und zweiter Stirnfläche 211 höher ist als der Kraftstoff- druck, der im Druckspeicher 6 zur Verfügung gestellt wird. Typischerweise ist das Verhältnis der Fläche von erster Stirnfläche 111 und zweiter Stirnfläche 211 etwa 2.
Zur Beendigung der Einspritzung wird das Ventil 30 und ebenso das Steuerventil 9 betätigt, so dass beide Ventile zurück in ihre erste Schaltstellung fahren. Der sich erneut durch den über die Zulaufdrossel 26 nachfließenden Kraftstoff im Steuerraum 19 aufbauende hohe Kraftstoffdruck beaufschlagt die Stirnfläche 25 der Kolbenstange 24 und drückt die Ventilnadel 21 zurück in ihre Schließstellung. Durch das ebenfalls in die erste Schaltposition zurückgefahrene Steuerventil 9 wird die Verbindung der Primärkammer 12 zur Druckleitung 7 unterbrochen, sodass der Kraftstoffdruck in der Primärkammer 9 über den Ringspalt, der zwischen dem Druckkolben 11 und dem Federraum 33 verleibt, abgebaut wird. Dadurch bewegt sich der Druckkolben 11 zurück in seine Ausgangsstellung, wobei das sich vergrößernde Volumen der Druckkammer 13 über die Befüllleitung 15 erneut mit Kraftstoff aus dem Druckspeicher 6 befüllt wird.
Den Druckkolben 11 umgibt ein Positionssensor 40, der die Position des Druckkolbens 11 erfasst und ein entsprechendes Signal über eine Leitung 42 an eine e- lektrische Auswerteeinheit 45 leitet. Die Auswerteeinheit 45 berechnet aus dem Signal des Positionssensors 40 die absolute Lage des Druckkolbens 11. Da auch der zeitliche Verlauf der Kolbenposition eriasst wird kann die Auswerteeinheit berechnen, welche Strecke der Druckkolben 11 beim Verdichten des Kraftstoffs in der Druckkammer 13 durchfahren hat. Damit ist die tatsächlich eingespritzte Kraftstoffmenge bekannt, abgesehen von einer kleinen Steuermenge, die über die Zulaufdrossel 26 abgeführt wird. Die Steuermenge kann jedoch durch entspre- chende Algorithmen in der Auswerteeinheit berechnet und von der Gesamtmenge subtrahiert werden.
Die Einspritzmenge wird durch die zeitliche Ansteuerung des Ventils 30 geregelt, wobei eine bestimmte Ansteuerdauer in der Regel einer gewissen Einspritzmenge entspricht. Hierbei kann es jedoch durch Verschleiß mit der Zeit zu einer Verschiebung kommen, da die Öffnungsdynamik der Ventilnadel 21 von der Fläche abhängt, die im Raum 20 vom Kraftstoffdruck beaufschlagt ist. Ändert sich diese Fläche, so ändert sich auch die Öffnungsdynamik der Ventilnadel 21 und damit auch die pro Zeiteinheit eingespritzte Kraftstoffmenge. Wird über die Auswerte- einheiten 45 nunmehr eine Diskrepanz festgestellt zwischen der Öffnungszeit des
Ventils 30 und der tatsächlich durch den Druckkolben 11 verdichteten Kraftstoffmenge, so kann die Schaltzeit des Ventils 30 entsprechend angepasst werden, um die Kraftstoffmenge durch Verlängern oder Verkürzen der Schaltzeit des Ventils 30 anzupassen. Somit lässt sich die durch Verschleiß bedingte Änderung der Ein- spritzmenge kompensieren, so dass das Einspritzventil 1 stets die gewünschte
Kraftstoffmenge in den Brennraum einspritzt.
Der Sensor 40 erfasst die Position des Druckkolbens 11 vorzugsweise berührungslos. Hierzu ist der Positionssensor 40 bspw. als Hall-Sensor ausgebildet, der die Bewegung des metallischen Druckkolbens 11 detektiert. Aus dem Signal lässt sich durch Kalibrierung die absolute Position des Druckkolbens 11 erlassen und über eine kontinuierliche Messung auch die Bewegung des Druckkolbens 11. Darüber hinaus sind weitere Ausbildungen des Positionssensors 40 möglich, bspw. in Form eines induktiven Sensors oder eines Ultraschallsensors. AIs Auswerteeinheit 45 lässt sich bspw. das Steuergerät verwenden, das ebenfalls das Steuerventil 9 und das Ventil 30 ansteuert. Dadurch ist ein Regelkreis gegeben, der über die gesamte Lebenszeit des Kraftstoffeinspritzsystems stets die tatsächliche Einspritzmenge an die gewünschte Einspritzmenge angleicht, die in einem bestimmten Betriebspunkt der Brennkraftmaschine notwendig ist.

Claims

Ansprüche
1. Kraftstoffeinspritzsystem für Brennkraftmaschinen mit einer Einspritzdüse (32), durch die Kraftstoff unter hohem Druck in einen Brennraum einspritzbar ist, und mit einem Druckkolben (11), der eine erste Stirnfläche (111) und eine der ersten Stirnfläche (111) gegenüberliegende zweite Stirnfläche (211) aufweist, wobei die zweite Stirnfläche (211) eine kraftstoffgefüllte Druckkammer (13) begrenzt und der Druckkolben (11) so bewegbar ist, dass durch eine Längsbewegung des Druckkolbens (11) der Kraftstoff in der Druckkammer (13) verdichtet und der Einspritzdüse (32) zugeiührt wird, dadurch gckcnn- zeichnet, dass ein Positionssensor (40) vorhanden ist, mit dem die Längsposition des Kolbens (11) erfassbar ist.
2. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckkolben (11) Teil eines Druckverstärkers (10) ist.
3. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Stirnfläche (111) des Druckkolbens (11) eine Primärkammer (12) begrenzt.
4. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Druckspeicher (6) vorgesehen ist, in dem Kraftstoff unter einem vorgegebenen Kraftstoffdruck vorgehalten wird, wobei der Druckspeicher (6) mit der Primärkammer (12) verbindbar ist.
5. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Stirnfläche (111) eine größere Fläche aufweist als die zweite Stirnfläche (211).
6. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Positionssensor (40) ein Hallsensor ist.
7. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Positionssensor (40) ein induktiver Sensor ist.
8. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Positionssensor (40) ein Ultraschallsensor ist.
9. Kraftstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1, 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Positionssensor (40) den Druckkolben (11) mit einem Abstand umgibt.
10. Kraftstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 1, 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Positionssensor (40) mit einer elektrischen Auswer- teeinheit (45) verbunden ist, die die Signale des Positionssensors (40) erfasst und daraus die Position des Kolbens (11) berechnet.
11. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der zeitliche Verlauf der Kolbenposition erfasst wird und daraus die durch die Bewegung des Kolbens (11) aus der Druckkammer (13) verdrängte Kraft- stoffmenge berechnet wird.
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