Kraftstoffeinspritzvorrichtung für Brennkraftmaschinen

Abstract

 Es wird eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung für Brenn­kraftmaschinen vorgeschlagen, bei welcher über ein elektrisch gesteuertes Ventil (2O) eine Verbindung von einem Pumpenarbeitsraum (6) einer Kraftstoffeinspritz­pumpe zu einem Kraftstoffniederdruckraum (8) hergestellt wird und die Schaltzeiten und Bewegungszeiten des Ventil­gliedes (18) des Ventils (2O) mit Hilfe eines Schalt­stellungsgebers (21) erfaßt werden. Die Istschaltzeiten werden zur Korrektur der Steuerzeiten des Ventils (2O) und damit zur Korrektur der zur Einspritzung gelangen­den Kraftstoffmenge herangezogen.

Beschreibung

Stand der Technik

[0001] Die Erfindung geht aus von einer Kraftstoffeinspritz­vorrichtung für Brennkraftmaschinen, der im Oberbe­griff des Anspruchs 1 definierten Gattung.

[0002] Die bei einer bekannten Kraftstoffeinspritzvorrichtung dieser Art verwendeten elektrisch gesteuerten Ventile, die meistens Elektromagnetventile sind, weisen Schalt­zeiten auf, die im wesentlichen konstant und durch die Ventilkonstruktion bestimmt sind. Für eine genaue Be­messung der Kraftstoffeinspritzmenge müssen daher bei der Festlegung der Öffnungs- und Schließzeitpunkte der Ventile die Drehzahl und unter Umständen auch der Spritz­zeitpunkt berücksichtigt werden. Dies geschieht im Hin­blick darauf, daß die Schaltgeschwindigkeit bzw. der Zeitbedarf für das Öffnen oder Schließen der Ventile in der Regel konstant ist, so daß während der Bemes­ sungsphase für die Kraftstoffeinspritzmenge die beiden Schaltvorgänge im Hinblick auf die sich ändernde Drehzahl die Bemessungsgenauigkeit beein­flussen. Aus diesem Grund ist man daher bestrebt, Ventile mit möglichst kleiner Schaltzeit zu verwenden, so daß der Drehzahlfehler in die Bemessung der Kraft­stoffeinspritzmenge nicht oder nur in einem zu ver­nachlässigenden Maße eingeht.

[0003] Weiterhin wird die Zumessung der Kraftstoffeinspritz­menge durch Exemplarstreuungen der verwendeten Ventile beeinflußt. Z.B. kann sich die Schaltzeit des Ventils aus konstruktiven Gegebenheiten während der Lebensdauer des Ventils ändern, was über eine Langzeitdrift die Zumessung der Kraftstoffeinspritzmenge wiederum negativ beeinflußt. Schließlich können bei solchen Ventilen auch Fehlverhalten anderer Art auftreten, wie z.B. ein Hängenbleiben oder Klemmen des Ventilgliedes, was dann je nach Umständen zu einer Zerstörung der Brennkraft­maschine führen kann, wenn nicht zusätzlich anderwei­tige Sicherheitsmaßnahmen vorgesehen sind. Solche Sicher­heitsmaßnahmen sind jedoch wiederum technisch sehr auf­wendig.

[0004] Es sind weiterhin in Verbindung mit einer Kraftstoffein­spritzvorrichtung der eingangs genannten Art verwendete Einspritzdüsen bekannt, bei denen die Ventilnadel gegenüber ihrer Führungsbohrung bzw. dem sie tragenden Gehäuse elektrisch isoliert ist, mit einer Meßspannungs­quelle verbunden ist und in Schließstellung leitenden Kontakt über den Ventilsitz mit dem elektrisch leitenden Gehäuse der Einspritzdüse bzw. der Masse hat, die mit dem anderen Pol der Meßspannungsquelle verbunden ist.

[0005] Mit einer solchermaßen ausgestalteten Einspritzdüse wird der Spritzbeginn bei Öffnen der Einspritzdüse erfaßt, wobei über die Einspritzdüse eine zuvor vor­gegebene Kraftstoffeinspritzmenge zur Einspritzung gelangt. Die Zuführung dieser Kraftstoffeinspritz­menge bewirkt das Öffnen der Einspritzdüse und hält die Düsennadel solange in geöffneter Stellung, solange über die laufende Zufuhr von Kraftstoff der notwendige Einspritzdruck aufrechterhalten wird. Das Schließen der Düsennadel wird durch Beendigung der Kraftstoffzu­fuhr bewirkt.

Vorteile der Erfindung

[0006] Die erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß die über das elektrisch gesteuerte Ventil zugemessene Kraftstoffeinspritzmenge sehr genau erfaßt werden kann. Die Istschaltzeiten des Ventils, d.h. die Zeitpunkte des Erreichens des jeweils anderen Schaltzustandes, also des Schließ- bzw. des Öffnungszustandes, werden sehr genau festgestellt, so daß exakt die Dauer der zumessungswirksamen Schaltstel­lung des Ventils erfaßt wird.

[0007] Durch die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Maß­nahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesse­rungen der im Anspruch 1 angegebenen Kraftstoffein­spritzvorrichtung möglich.

[0008] Gemäß den in Anspruch 3 und 4 angegebenen Ausführungs­beispielen der Erfindung kann zusätzlich der Öffnungs­vorgang und der Schließvorgang des Ventils oder einer der beiden mit erfaßt werden und über jeweils einen empirisch ermittelten Faktor der zumeßwirksamen Steuer­ zeit für die tatsächlich zur Einspritzung gelangen­de Kraftstoffmenge hinzuaddiert werden. Dadurch wird die Erfassung des für die Bemessung der Kraft­stoffeinspritzmenge relevanten Zeitraumes noch ge­nauer, so daß die Steuereinrichtung die Schaltzeit­punkte des Ventils laufend korrigieren kann. Dies spielt insbesondere bei der Verwendung eines Magnet­ventils eine wesentliche Rolle, bei dem die Schluß­phase, bei der die Magneterregung abgeschaltet wird, von großem Einfluß auf die effektive Steuerzeit des Magnetventils ist.

[0009] Gemäß den weiteren Ausführungsbeispielen in Anspruch 5 oder 6 läßt sich bei der erfindungsgemäßen Kraft­stoffeinspritzvorrichtung das elektrisch gesteuerte Ventil sowohl als Zumeßventil, mit dem während der Saugphase des Pumpenkolbens die beim anschließenden Förderhub des Pumpenkolbens zur Einspritzung gelangen­de Kraftstoffmenge vom Niederdruckkraftstoffraum dem Pumpenarbeitsraum zugemessen wird, als auch als Spritz­dauer-Steuerventil oder Absteuerventil verwenden, bei dem sich im Pumpenarbeitsraum solange kein Einspritz­druck aufbauen kann, solange das Ventil geöffnet ist.

[0010] Vorteilhafte Ausführungsbeispiele zur technischen Reali­sierung des Schaltstellungsgebers sind jeweils in Anspruch 7,9 und 14 niedergelegt. Alle diese Schalt­stellungsgeber zeichnen sich durch einen einfachen Einbau in die Kraftstoffeinspritzpumpe und durch weit­gehende Verschließfreiheit aus. Eine Ankopplung zu­sätzlicher Massen an das Ventilglied oder die Ventil­nadel, welche die Schaltzeiten des Ventils negativ beeinflussen, wird vermieden. Die elektromagnetischen Schaltvorgänge können das elektrische Signal des Schalt­stellungsgebers nicht verfälschen.

Zeichnung

[0011] Die Erfindung ist anhand von in der Zeichnung darge­stellten Ausführungsbeispielen in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen jeweils in schematischer Darstellung:

Fig. 1 eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit einer im Längsschnitt dargestellten Kraft­stoffeinspritzverteilerpumpe und einem als Absteuerventil verwendeten 2/2-Wege-Magnet­ventil,

Fig. 2 einen Längsschnitt des 2/2-Wege-Magnet­ventils in Fig. 1 in vergrößerter Darstel­lung,

Fig. 3 ein Diagramm des Magnetventilhubs und ein Diagramm des Ausgangssignals eines Schalt­stellungsgebers im 2/2-Wege-Magnetventil in Fig. 1, jeweils in Abhängigkeit von der Zeit,

Fig. 4 einen Längsschnitt eines 2/2-Wege-Magnet­ventils der Kraftstoffeinspritzvorrichtung in Fig. 1 gemäß einem weiteren Ausführungs­beispiel, vergrößert dargestellt.

Fig. 5. eine vergrößerte Darstellung des Ausschnit­tes A in Fig. 4,

Fig. 6 drei Zeitdiagramme, und zwar jeweils der Verlauf der Erregerspannung des 2/2-Wege-­Magnetventils (a), des Magneterregerstroms (b) und des Ausgangssignals des Schaltstel­lungsgebers im 2/2-Wege-Magnetventil in Fig. 4,

Fig. 7 einen Längsschnitt des 2/2-Wege-Magnet­ventils der Kraftstoffeinspritzvorrichtung in Fig. 1 gemäß einem dritten Ausführungs­beispiel, vergrößert dargestellt,

Fig. 8 eine vergrößerte Darstellung des Ausschnit­tes B in Fig. 7.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

[0012] Bei der in Fig. 1 als Beispiel einer Kraftstoffeinspritz­pumpe der Kraftstoffeinspritzvorrichtung im Längsschnitt dargestellten Kraftstoffverteilereinspritzpumpe ist in einem Gehäuse 1 eine Buchse 2 angeordnet, in deren Zylin­derbohrung 19 ein Pumpenkolben 3 in bekannter Weise eine hin- und hergehende und zugleich rotierende Bewegung ausführt. Der Pumpenkolben 3 ist durch einen Nocken­antrieb 4 über eine Welle 5 angetrieben, welche syn­chron zu der Drehzahl der von der Kraftstoffeinspritz­pumpe mit Kraftstoff versorgten Brennkraftmaschine rotiert. Durch die Stirnfläche des Pumpenkolbens 3 und durch die Buchse 2 wird ein Pumpenarbeitsraum 6 begrenzt, welcher über einen Versorgungskanal 7 mit einem Kraft­stoffniederdruckraum oder Saugraum 8 im Gehäuse 1 der Kraftstoffeinspritzpumpe verbunden ist. Der Saugraum 8 wird über eine Förderpumpe 9 mit Kraftstoff aus einem Kraftstoffvorratsbehälter 1O versorgt. Aus dem Pumpen­arbeitsraum 6 wird über eine Verteileröffnung 11, die am Umfang des Pumpenkolbens 3 innerhalb der Buchse 2 mündet und über einen längs im Pumpenkolben 3 verlaufen­den Druckkanal 12 ständig mit dem Pumpenarbeitsraum 6 verbunden ist, der Kraftstoff bei entsprechender Drehung des Pumpenkolbens 3 zu Druckleitungen 13 hin verteilt. Die Druckleitungen 13 führen über die Buchse 2 und das Gehäuse 1 zu Einspritzdüsen 14 der Brennkraftmaschine.

[0013] Die Anzahl der von der Verteileröffnung 11 versorgten Druckleitungen 13 entspricht der Zahl der zu versorgen­den Einspritzdüsen 14 der Brennkraftmaschine. Die Druck­leitungen 13 sind entsprechend der Versorgungsfrequenz in einer radialen Ebene um den Pumpenkolben 13 herum verteilt angeordnet. Anstelle einer Verteilereinspritz­pumpe kann aber auch eine Kraftstoffeinspritzpumpe der be­kannten Reihenbauart bzw. der Pumpendüsenbauart verwendet werden.

[0014] In dem dem Pumpenarbeitsraum 6 zugewandten Endbereich des Pumpenkolbens 3 sind zur Stirnfläche und damit zum Pumpenarbeitsraum 6 hin offene Längsnuten 15 am Pumpen­kolben 3 vorgesehen, über die während des Saughubes des Pumpenkolbens eine Verbindung zwischen dem Ver­sorgungskanal 7 und dem Pumpenarbeitsraum 6 hergestellt wird. Von dem Pumpenarbeitsraum 6 zweigt an einer durch den Pumpenkolben 3 nicht beeinflußbaren Stelle eine Ver­bindungsleitung 16 ab, die zum Versorgungskanal 7 hin führt. Die Verbindungsleitung 16 kann aber auch unmittel­bar zur Saugseite des Pumpenkolbens 3 oder direkt zum Saugraum 8 geführt sein. Die Verbindungsleitung 16 ist endseitig von einer Durchflußöffnung 46 begrenzt, die von einem Ventilsitz 17 umgeben ist. Mit dem Ventilsitz 17 arbeitet ein Ventilglied 18 eines elektrisch gesteuer­ten Ventils 2O zusammen, das in den Ausführungsbeispie­len als 2/2-Wege-Magnetventil ausgebildet ist. Je nach Schaltstellung des Ventils 2O wird die Durchflußöffnung 46 freigegeben oder abgesperrt und damit die Verbindungs­leitung 16 zu dem Versorgungskanal 7 und damit zu dem Saugraum 8 geöffnet oder geschlossen.

[0015] Dem Ventilglied 18 des Ventils 2O ist ein Schaltstellungs­geber 21 zugeordnet, der die momentane Schaltstellung des Ventils 2O erfaßt und ein entsprechendes elektrisches Sig­nal 47 einer elektronischen Steuereinrichtung 22 zuführt. Diese schaltet in Abhängigkeit von verschiedenen Be­triebskenngrößen der Brennkraftmaschine, wie Last 23, Drehzahl 24, Temperatur 25, unter Berücksichtigung der vom Schaltstellungsgeber 21 kommenden, die tatsächliche Schaltstellung des Ventils 2O und damit dessen Schalt­zeitpunkt kennzeichnenden elektrischen Signale 47 das Ventil 2O.

[0016] Das elektrisch gesteuerte Ventil 2O in der Ausführungs­form eines 2/2-Wege-Magnetventils ist in Fig. 2 im Längsschnitt und vergrößert dargestellt. Das Ventil 2O kann mit seinem Ventilgehäuse 4O in die Buchse 2 einge­schraubt werden und begrenzt damit gleichzeitig den Pumpenarbeitsraum 6. In dem mit dem Ventilgehäuse 4O einstückigen Schraubteil 27, das der Verbindung mit dem Gehäuse 1 der Kraftstoffeinspritzpumpe dient, ver­läuft dann die Verbindungsleitung 16 bis hin zu dem die Durchflußöffnung 46 umgebenden Ventilsitz 17 und von diesem stromabwärts über einen Ventilraum 29 und weitere Abschnitte der Verbindungsleitung 16 zum Ver­sorgungskanal 7. Mit dem Ventilsitz 17 arbeitet ein kegel- ­oder pilzförmig ausgebildeter Abschnitt 28 des Ventil­gliedes 18 zusammen, das mit einem zylindrischen Ab­schnitt 3O in einer Führungsbohrung 31 geführt wird. Die Führungsbohrung 31 befindet sich innerhalb eines mit dem Ventilgehäuse 4O einstückigen zentralen Kerns 33, der von einer Magnetspule 34 umgeben ist. Im Bereich der Führungsbohrung 31 ist der zylindrische Abschnitt 3O des Ventilglieds 18 gegenüber der Führungsbohrung 31 elektrisch isoliert,was mit einer entsprechenden Beschichtung 35 erfolgen kann. An dem dem kegel- oder pilzförmigen Abschnitt 28 des Ventilsglieds 18 abgewandten Ende ist das Ventil­glied 18 mit einer Ankerplatte 36 verbunden. Zwischen der Ankerplatte 36 und dem Kern 33 ist eine in Ventil­öffnungsrichtung wirkende Druckfeder 37 eingespannt, welche die Ankerplatte 36 bei nicht erregter Magnet­spule 34 zur Anlage an einem Anschlag 39 zur Hubbe­grenzung des Ventilglieds 18 bringt. Der Anschlag 39 ist in dem metallischen Ventilgehäuse 4O befestigt und mit diesem elektrisch leitend verbunden, während die Druckfeder 37 von dem Kern 33 bzw. dem Ventilgehäuse 4O durch eine Isolierung 38 elektrisch getrennt ist. Bei stromloser Magnetspule 34 hat also das Ventilglied 18 elektrischen Kontakt über die Ankerplatte 36 und den Anschlag 39 mit dem Gehäuse 4O. Bei bestromter Magnet­spule 34 befindet sich das Ventilglied 18 in der in Fig. 2 dargestellten Schließstellung und hat dann elek­trischen Kontakt über den pilzförmigen Abschnitt 28 und den Ventilsitz 17 zum Gehäuse 4O.

[0017] Weiterhin ist eine elektrisch isolierte Zuleitung 41 vorgesehen, die isoliert durch das Gehäuse 4O hindurch bis zur Druckfeder 37 geführt ist. Dort besteht ein elektrischer Kontakt zwischen der elektrischen Zulei­tung 41 und der Druckfeder 37 und über letztere damit zur Ankerplatte 36 und dem Ventilglied 18. Die Zu­leitung 41 ist mit dem einen Pol einer Meßspannungs­quelle 42 unter Zwischenschaltung eines Widerstandes 43 verbunden. Der andere Pol der Meßspannungsquelle 42 ist an dem Gehäuse 4O angeschlossen. Zwischen dem Verbindungspunkt 44 von Zuleitung 41 und Widerstand 43 und dem Gehäuse 4O wird eine Meßspannung abgegriffen, die für die momentane Stellung des Ventilgliedes 18 kennzeichnend ist. Der Spannungsabgriff ist durch das Meßinstrument 45 in Fig. 2 versinnbildlicht.

[0018] In Fig. 3 ist im oberen Diagramm der Hub S oder Verstell­weg des Ventilglieds 18 in Abhängigkeit von der Zeit dar­gestellt. Im unteren Diagramm der Fig. 3 ist die vom Meßinstrument 45 gemessene Steuerspannung am Verbindungs­ punkt 44 dargestellt, welche das Ausgangssignal 47 des Schaltstellungsgebers 21 in Fig. 1 bildet. Zu­nächst ist bei stromloser Magnetspule 34 das Ventil­glied 18 in Offenstellung. Dabei liegt die Ankerplatte 36 am Anschlag 39 an, so daß der Masseschluß der elek­trischen Zuleitung 41 hergestellt ist und die Spannung am Verbindungspunkt 44 zusammenbricht. Im Punkt BSP (Beginn der Schließperiode) hebt nun nach einer voran­gegangenen Einschaltverzugszeit, gemessen von Anlegen eines Stromimpulses an die Magnetspule 34, die Anker­platte 36 von dem Anschlag 39 ab. In diesem Augenblick wird die Verbindung zur Masse unterbrochen und die am Verbindungspunkt 44 abgegriffene Spannung steigt auf einen Wert U1 an (unteres Diagramm in Fig. 3). Der Hub des Ventilgliedes 18 und damit der Schließvorgang des Ventils 2O ist im Punkt BEP (Beginn der Einspritz­periode) beendet. Der Abschnitt 28 des Ventilgliedes 18 sitzt auf dem Ventilsitz 17, so daß der Kontakt zur Masse wieder hergestellt und die Meß­spannungsquelle 42 wieder kurzgeschlossen ist. Die mit dem Meßinstrument 45 erfaßte Spannung bricht wieder zusammen. Im folgenden Zeitraum erfolgt die Kraftstoff­einspritzung, die bereits unter Umständen auch schon im Bereich BSP - BEP nach Erreichen einer bestimmten Druckhöhe begonnen haben kann.

[0019] Auf ein Steuersignal der Steuerinrichtung 22 hin wird die Erregung der Magnetspule 34 abgeschaltet. Nach einer Ausschaltverzugszeit, während der Restkräfte des Magnetkreises das Ventilglied noch in Schließstellung halten, wird der Punkt BÖP (Beginn der Öffnungsperiode) erreicht. Hier beginnt das Ventilglied 18 unter Ein­wirkung der Druckfeder 37 vom Ventilsitz 17 abzuheben. In diesem Moment steigt die am Verbindungspunkt 44 abgegriffene Spannung wieder auf den Wert U1 an und bricht erst dann wieder zusammen, wenn die mit dem Ventilgied 18 verbundene Ankerplatte 36 den Anschlag 39 erreicht hat. Dies ist der Punkt EEP (Ende der Ein­spritzperiode). Durch den Schaltstellungsgeber 21 erhält man somit unabhängig von der Steuerzeit des Bestromungs­impulses der Magnetspule 34 sehr exakte Signale für die tatsächliche Bewegung des Ventilgliedes 18 aus seinen beiden Endstellungen, der Schließstellung und Offen­stellung, heraus.

[0020] Aus den bekannten Gründen des unterschiedlichen Verlaufs beim Aufbau und Abbau des Magnetfeldes in der Magnet­spule 34 ergeben sich unterschiedliche Anstieg- und Abfallkurven zwischen BSP und BEP einerseits und BÖP und EEP andererseits. Dabei ist der Einfluß des letztgenannten Anteils auf die Menge aufgrund des im Druckraum herrschenden hohen Druckes größer und geht stärker in die Bemessung der Kraftstoffeinspritzmenge ein, weshalb der Schlußpunkt EEP auch als Ende der Kraftstoffeinsprit­zung bezeichnet wird. Über die Steuereinrichtung 22 kann nunmehr dieser Bereich, um einen Faktor korrigiert, der für die Zumessung der Kraftstoffeinspritzmenge wirksamen Einspritzperiode zugeordnet werden. Es kann auch zusätz­lich neben der Periode BEP - BÖP noch ein Teil des Be­reiches BSP - BEP durch Multiplikation mit einem Faktor berücksichtigt werden. Die letztgenannte Phase wird als erste Bewegungsphase bezeichnet, die mit einem ersten Faktor bewertet wird, während die zuvorgenannte Phase zwischen BÖP und EEP als zweite Bewegungsphase bezeich­net und mit einem höheren, zweiten Faktor bewertet wird. Beide Bewegungsphasen gehen damit anteilig in die für die Zumessung der Kraftstoffeinspritzmenge wirksame Öff­nungszeit des Ventils 2O ein.

[0021] Aufgrund der von dem Schaltstellungsgeber 21 gelie­ferten Signale 47 kann nun die Steuereinrichtung 22 den genauen Öffnungs- und Schließverlauf des Ventils 2O erfassen und für die Berechnung der tatsächlich zugemessenen Kraftstoffeinspritzmenge heranziehen. Da­bei können Bauart- und Toleranzabweichungen ebenso wie Drifterscheingungen und Fehlfunktionen des Ven­tils 2O berücksichtigt werden, da stets der exakte Zeitpunkt der Ventilschließung bzw. Ventilöffnung erfaßt wird. Auch ein Hängenbleiben des Ventilgliedes 18 in irgendeiner Stellung längs des Hubweges kann erkannt werden. Z.B. kann aus der Zeitfolge der auf­tretenden Bewegungsbeginnsignale und Bewegungsende­signale, vorzugsweise wenn diese mit der Zeitfolge der das Ventil ansteuernden Steuerimpulsflanken verglichen werden, festgestellt werden, ob die Funktionsfähig­keit des Ventils 2O eingeschränkt ist oder nicht. Es wird so ein Funktions- bzw. ein Nichtfunktionssignal erzeugt. Die von dem beschriebenen Schaltstellungsgeber 21 ausgegebenen Signale sind eindeutig abnehmbar. Der Schaltstellungsgeber 21 ist aus einfachen Schaltgliedern auf­gebaut. Der Anschlag 39 für die Ankerplatte 36 kann aus Stahl bestehen. Es kann dafür auch Leitplastik zur Anwendung kommen. Anstelle der Verwendung des Ventilgliedes 18 als elektrisches Schalt­glied können auch mit dem Ventilglied 18 verbundene separate Schalter verwendet werden.

[0022] Bei einer Verwendung des Ventils 2O als sog. Zumeßven­til wird dieses in dem Versorgungskanal 7 angeordnet, der dann die Verbindungsleitung 16 ersetzt. In diesem Fall kommt eine umgekehrte Schaltlogik zur Anwendung. Der Hubverlauf des Ventilgliedes 18 hätte dann den­selben Verlauf wie in Fig. 3 im oberen Diagramm darge­stellt ist, nur wäre das Ventil bei BSP geschlossen, bei BEP - BÖP offen und bei EEP wieder geschlossen. Die­ se Punkte beschreiben dann entsprechend die Kraftstoff­zumeßphase, in der der Pumpenarbeitsraum 6 mit der zu­gemessenen Kraftstoffmenge gefüllt wird. Zur Erzielung dieser Schaltfunktionen wird entweder die Magnetspule 34 entsprechend mit anderen Steuerzeiten erregt oder es wird der Druckfeder 37 eine andere Wirkrichtung ge­geben. Die Kraftstoffeinspritzpumpe kann vorteilhaft auch als Radialkolbenpumpe verwirklicht werden.

[0023] Das in Fig. 4 im Längsschnitt dargestellte weitere Ausführungsbeispiel des Ventils 2O in Fig. 1 unter­scheidet sich von dem in Fig. 2 dargestellten Ventil 2O lediglich durch eine andersartige Ausbildung des Schalt­stellungsgebers 21ʹ. Der Aufbau des mit 2Oʹ bezeichneten Ventils ist bis auf die fehlenden Isolierschichten 35 und 38 und einen andersartigen Anschluß der Zuleitung 41 identisch mit dem in Fig. 2 beschriebenen Ventil 2O, so daß gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen ver­sehen sind.

[0024] Der in Fig. 5 im einzelnen dargestellte Schaltstellungs­geber 21ʹ ist an dem Anschlag 39 zur Hubbegrenzung des Ventilgliedes 18 befestigt. Der Anschlag 39 ist hier als Bolzen 5O ausgebildet, der mit seinem Schaft 51 mittels eines Außengewindes 53 im Ventilgehäuse 4O ver­schraubt ist und mit seinem Kopf 52 der mit dem Ventil­glied 18 starr verbundene Ankerplatte 36 zugekehrt ist. Der Schaft 51 weist eine sich vom Schaftende her axial erstreckende Sackbohrung 54 mit einem Innengewinde 55 auf. Am Bohrungsgrund 56 ist eine Scheibe 57 aus piezo­elektrischer Keramik, im folgenden Piezoscheibe 57 ge­nannt, des Schaltstellungsgebers 21ʹ angeordnet. Die Piezoscheibe 57 trägt auf beiden Stirnflächen jeweils metallisierte Elektrode 58,59. Die Piezoscheibe 57 liegt mit der einen Elektrode 58 unter Herstellung eines elektrischen Kontaktes auf dem Bohrungsgrund 56 auf und wird über einen auf der anderen Elektrode 59 aufliegenden Anpreßring 6O aus Isoliermaterial am Bohrungsgrund 56 verspannt. Die Verspannung erfolgt dabei über eine hohlzylindrische Feststellschraube 61, die in dem Innengewinde 55 verschraubt ist und sich mit ihrer stirnförmigen Ringfläche 62 auf dem Anpreßring 6O aufpreßt. Zwischen der Stirnfläche des Anpreßrings 6O und der diesem zugekehrten Elektrode 59 der Piezoscheibe 57 ist ein scheibenförmiger Kontakt­ring 63 angeordnet, der mit einem Steckkontakt 64 mecha­nisch und elektrisch verbunden ist. Der Steckkon­takt 64 tritt durch die Ringöffnung des Anpreßrings 6O hindurch und erstreckt sich axial im Innern der Fest­stellschraube 61. Der Kontaktring 63, der Steckkontakt 64 und der Anpreßring 6O sind als Baueinheit ausge­bildet. Auf dem Steckkontakt 64 sitzt ein in Fig. 5 strichliniert angedeuteter Stecker 65, der mit einer durch das Ventilgehäuse 4O isoliert hindurchgeführten Zuleitung 66 elektrisch leitend verbunden ist. Die Zuleitung ist mit einem Anschluß eines Spannungsmeß­gerätes 67 verbunden, dessen anderer Anschluß an dem Ventilgehäuse 4O liegt. Alternativ kann die Piezoschei­be 57 des Schaltstellungsgebers 21ʹ statt nahe des freien Endes des Schaftes 51 des Bolzens 5O auch unmit­telbar im Kopf 52 des Bolzens 5O angeordnet werden.

[0025] Beim Aufschlagen des Ventilgliedes 18 einerseits auf den Ventilsitz 17 und andererseits auf den Anschlag 39 in­folge der Bestromung der Magnetspule 34 oder der Strom­unterbrechung zur Magnetspule 34 werden Körperschall­wellen induziert, welche zu einer mechanischen Bean­spruchung der Piezoscheibe 57 führen. Durch diese Be­anspruchung der Piezoscheibe 57 bilden sich auf deren Elektroden 58,59 elektrische Ladungen. Diese elektri­ schen Ladungen werden über den Steckkontakt 64 und den Stecker 65 dem Meßgerät 67 zugeführt und nach Verstärkung als Signal 47 an die Steuerein­richtung 22 gegeben.

[0026] In Fig. 6 ist die Wirkungsweise des Schaltstellungs­gebers 21ʹ in drei Diagrammen erläutert. Diagramm a zeigt den Spannungsverlauf des an der Magnetspule 34 anliegenden Steuerimpulses zur Ventilsteuerung, Dia­gramm b zeigt den Verlauf des Erregerstromes der Magnetspule 34 und Diagramm c zeigt den vom Spannungs­meßgerät 67 nach Verstärkung erfaßten Spannungs­verlauf als Ausgangssignal des Schaltstellungsgebers. Zum Zeitpunkt t = O wird mittels des Steuerimpulses die Magnetspule 34 angesteuert. Im Punkte BEP schlägt das Ventilglied 18 auf dem Ventilsitz 17 auf. Die Kör­perschallwelle verursacht im Ausgangssignal des Schaltstellgebers 21ʹ eine Veränderung, die im Dia­gramm c in Fig. 6 zum Zeitpunkt BEP deutlich zu erkennen ist. Zum Zeitpunkt t = t₁ wird die Magneterregung ab­geschaltet. Nach einer Ausschaltverzugszeit wird der Punkt BÖP erreicht. Das Ventilglied 18 beginnt sich zu öffnen und schlägt im Zeitpunkt EEP an dem Anschlag 39 an. Das Anschlagen der mit dem Ventilglied 18 verbun­denen Ankerplatte 36 an dem Anschlag 39 löst wieder eine Körperschallwelle aus,die erneut die Piezoscheibe 57 mechanisch beansprucht und dadurch eine Verände­rung im Ausgangssignal des Schaltstellungsgebers 21ʹ verursacht. Die Signalveränderung zum Zeitpunkt EEP ist im Diagramm c der Fig. 6 deutlich zu erkennen. Die Steuereinrichtung 22 der Kraftstoffeinspritzvorrichtung kann nunmehr in gleicher Weise wie vorstehend beschrieben mit Hilfe des vom Spannungsmeßgeräts 67 ausgegebenen Spannungssignals (Diagramm c in Fig. 6) den genauen Öffnungs- und Schließverlauf des Ventils 2Oʹ erfassen und für die Berechnung der tatsächlich zugemessenen Kraftstoffeinspritzmenge heranziehen.

[0027] Das in Fig. 7 in einem weiteren Ausführungsbeispiel im Längsschnitt dargestellte Ventil 2Oʺ, das wiederum als 2/2-Wege-Magnetventil ausgebildet ist, stimmt bis auf den Schaltstellungsgeber 21ʺ mit den beiden vor­stehend beschriebenen Ventilen 2O und 2Oʹ überein, so daß gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Der Anschlag 39 zur Hubbegrenzung des Ventilgliedes 18 ist von einer isoliert im Ventilge­häuse 4O angeordneten metallischen Ringscheibe 7O um­geben, die über eine isoliert durch das Ventilgehäuse 4O hindurchgeführte elektrische Zuleitung 71 mit einem Anschluß einer Meßvorrichtung 72 verbunden ist, deren anderer Anschluß an dem Ventilgehäuse 4O liegt. Die Ringscheibe 7O bildet zusammen mit der mit dem Ventil­glied 18 verbundenen Ankerplatte 36 einen Ringkondensator, dessen Kapazität proportional der Fläche der Ringschei­be 7O und umgekehrt proportional dem Abstand zwischen Ringscheibe 7O und Ankerplatte 36 ist. Mit sich ändern­dem Abstand der Ankerplatte 36 von dem Anschlag 39 ändert sich damit auch die Kapazität des Ringkondensators, die somit in direkter Abhängigkeit zum Hub des Ventilglie­des 18 steht. Die Meßvorrichtung 72 erfaßt mittels be­kannter Auswertemethoden (z.B. Trägerfrequenz, LC-Schwing­kreis, Frequenzdiskriminator, Ladungsverstärker etc.) die Kapazitätsänderung des Ringkondensators und gibt ein entsprechendes Spannungssignal 47, das ein Maß für die momentane Schaltstellung des Ventils ist, an die Steuereinrichtung 22, die dieses Spannungssignal in gleicher Weise auswertet, wie vorstehend beschrieben. Der Aufbau des Schaltstellungsgebers 21ʺ als Ringkonden­ sator ist in Fig. 8 vergrößert dargestellt, in wel­cher auch deutlich zu sehen ist, daß zur isolierten Befestigung der Ringscheibe 7O diese auf einem ring­förmigen Träger 73 stirnseitig aufgesetzt ist, der seinerseits im Ventilgehäuse 4O befestigt ist.

[0028] Der Hubverlauf des Ventilglieds 18 des Ventils 2Oʺ bei Bestromung der Magnetspule 34 bzw. bei Unter­brechung der Bestromung entspricht exakt dem oberen Diagramm in Fig. 3. Bei stromloser Magnetspule 34 ist das Ventilglied 18 in Offenstellung und liegt über die Ankerplatte 36 an dem Anschlag 39 an. Die Kapazität des Ringkondensators ist am größten und dient als Bezugskapazität für die Meßvorrichtung 72. Bei Bestromung der Magnetspule 34 beginnt im Punkte BSP nach einer Einschaltverzugszeit die Ankerplatte 36 sich von dem Anschlag 39 abzuheben. Bei sich zu­nehmend auf den Ventilsitz 17 zu bewegenden Ventil­glied 18 nimmt der Abstand der Ankerplatte 36 von der Ringscheibe 7O zu, wodurch sich die Kapazität des Ringkondensators verkleinert. Im Punkte BEP sitzt das Ventilglied 18 auf dem Ventilsitz 17 auf und das Ventil 2Oʺ ist geschlossen. Die Kapazität des Ring­kondensators hat ein Minimum erreicht, und die von der Meßvorrichtung 72 erfaßte Kapazitätsänderung ein Maxi­mum. Das Maximum der Kapazitätsänderung ist damit ein Maß für das Erreichen der Schließstellung des Ventils 2Oʺ. Nach Abschaltung der Bestromung beginnt nach einer vorausgegangenen Ausschaltverzugszeit im Punkte BÖP sich das Ventilglied 18 vom Ventilsitz 17 abzuheben und sich unter der Wirkung der Druckfeder 37 von dem Ventilsitz 17 zu entfernen. Dabei verkleinert sich der Abstand der Ankerplatte 36 von der Ringscheibe 7O, und die Kapazität des Ringkondensators vergrößert sich zunehmend. Im Punkte EEP schlägt die Ankerplatte 36 auf dem Anschlag 39 auf, der Ringkondensator hat wie­der seine größte Kapazität erreicht. Die in der Meß­vorrichtung 72 erfaßte Kapazitätsänderung hat wiederum ein Maximum erreicht und signalisiert das Erreichen der Endstellung des Ventilgliedes 18 und damit die Offenstellung des Ventils 2O. Da das Ventil 2Oʺ ebenfalls wie die beiden anderen Ventile 2O und 2Oʹ als Absteuerventil in der Verbindungsleitung 16 vom Pumpenarbeitsraum 6 zum Saugraum 8 liegt, wird mit Schließen des Ventils 2Oʺ die Kraftstoffzumeßphase eingeleitet und mit Öffnen des Ventils 2Oʺ die Kraft­stoffzumeßphase beendet. Das Maximum der Kapazitäts­änderung stellt damit immer ein Bewegungsendesignal des Ventilgliedes 18 dar. Das erste Bewegungsende­signal kennzeichnet damit den Schließzustand und das zweite Bewegungsendesignal den Öffnungszustand des Ventils 2Oʺ. Die beginnende Kapazitätsänderung kenn­zeichnet jeweils den Bewegungsbeginn des Ventilglie­des 18. Die Steuereinrichtung 22 erfaßt wiederum den Zeitabstand zwischen einem ersten Bewegungsendesignal und einem folgenden Bewegungsbeginnsignal als Istwert für die zumeßwirksame Steuerzeit des Ventils 2Oʺ. Wäh­rend dieser Steuerzeit wird das Ventil 2Oʺ in seinem Schließzustand gehalten. Wie bereits zu Fig. 1 erwähnt, können auch hier die erste Bewegungsphase des Ventil­glieds 18 zwischen den Punkten BSP und BEP, die sog. Ein­schaltflugzeit, und die zweite Bewegungsphase zwischen den Punkten BÖP und EEP, die sog. Ausschaltflugzeit, nach einer entsprechenden Bewertung mit einem ersten und zweiten Faktor der zumeßwirksamen Steuerzeit hin­zuaddiert werden.

[0029] Auch das Ventil 2Oʺ mit dem Schaltstellungsgeber 21ʺ kann als sog. Zumeßventil verwendet werden, das dann unter Wegfall der Verbindungsleitung 16 in dem Ver­sorgungskanal 7 anzuordnen ist. In dem identischen Hubverlauf des Ventilglieds 18, wie er in dem ersten Diagramm der Fig. 3 dargestellt ist, kennzeichnet dann das erste Bewegungsendesignal (im Punkte BEP) den Öffnungszustand und das zweite Bewegungsendesignal (im Punkte EEP) den Schließzustand des Ventils 2Oʺ. Die zumeßwirksame Steuerzeit des Ventils 2Oʺ zwischen dem ersten Bewegungsendesignal (im Punkte BEP) und dem folgenden Bewegungsbeginnsignal (im Punkte BÖP) hält das Ventil 2Oʺ während des Saughubs des Pumpenkolbens 3 in seinem Öffnungszustand.

Ansprüche

1. Kraftstoffeinspritzvorrichtung für Brennkraft­maschinenmit einer einen Pumpenkolben und einen von diesem begrenzten Pumpenarbeitsraum aufweisen­den Kraftstoffeinspritzpumpe, insbesondere einer Kraftstoffeinspritzpumpe der Verteilereinspritz­pumpenbauart, mit einem in einer Verbindungslei­tung zwischen dem Pumpenarbeitsraum und einem Kraftstoffniederdruckraum angeordneten, elektrisch zwischen zwei Schaltstellungen gesteuerten Ventil, durch dessen Schaltzeiten die pro Pumpenkolben­förderhub zur Einspritzung gelangende Kraftstoff­menge bestimmbar ist, und mit einer Steuereinrich­tung zum Schalten des Ventils in Abhängigkeit von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine, ge­kennzeichnet durch einen mit der Steuereinrichtung (22) verbundenen Schaltstellungs­geber (21;21ʹ,21ʺ), der die momentane Schaltstellung des Ventils (2O;2Oʹ;2Oʺ) erfaßt und die Istschalt­zeiten des Ventils (2O;2Oʹ;2Oʺ) kennzeichnende elek­ trische Signale der Steuereinrichtung (22) zur Korrektur der Ventilschaltung zuführt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalt­stellungsgeber (21;21ʹ;21ʺ) den Bewegungsbeginn des Ventilgliedes (18) des Ventils (2O;2Oʹ;2Oʺ) als Bewegungsbeginnsignal (BSP,BÖP) und das Bewegungsende des Ventilglieds (18) als Bewegungs­endesignal (BEP,EEP) ausgibt und daß die Steuer­einrichtung (22) den Zeitabstand zwischen einem ersten Bewegungsendesignal (BEP) und einem darauf­folgenden Bewegungsbeginnsignal (BÖP) als Istwert für die zumeßwirksame Steuerzeit des Ventils (2O;­2Oʹ;2Oʺ) und für die tatsächlich zur Einspritzung gelangende Kraftstoffmenge erfaßt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch ge­kennzeichnet, daß die Steuereinrich­tung die Zeit zwischen Auftreten eines zweiten Bewegungsbeginnsignals (BÖP) und eines darauffolgen­den Bewegungsendesignals (EEP) als zweite Bewegungs­phase mißt und diese nach Multiplikation mit einem zweiten Faktor der zumeßwirksamen Steuerzeit für die tatsächlich zur Einspritzung gelangende Kraft­stoffmenge hinzuaddiert.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrich­tung (22) die Zeit zwischen Auftreten eines Bewe­gungsbeginnsignals (BSP) und eines darauffolgenden ersten Bewegungsendesignals (BEP) als erste Bewe­gungsphase mißt und diese nach Multiplikation mit einem ersten Faktor der zumeßwirksamen Steuerzeit für die tatsächlich zur Einspritzung gelangende Kraftstoffmenge hinzuaddiert.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 - 4, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Bewegungsendesignal (BEP) den Schließzustand und das zweite Bewegungsende­signal (EEP) den Öffnungszustand des Ventils (2O;­2Oʹ;2Oʺ) kennzeichnet und daß das Ventil (2O;­2Oʹ;2Oʺ) derart angesteuert ist, daß die zumeß­wirksame Steuerzeit das Ventil (2O;2Oʹ;2Oʺ) während des Pumpenkolbenförderhubs in seinem Schließzustand hält.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 - 4, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Bewegungsendesignal (BEP) den Öffnungszustand und das zweite Bewegungsende­signal (EEP) den Schließzustand des Ventils (2O;2Oʹ;2Oʺ) kennzeichnet und daß das Ventil (2O;2Oʹ;2Oʺ) derart angesteuert ist, daß die zumeßwirksame Steuerzeit das Ventil (2O;2Oʹ;2Oʺ) während des Pumpenkolbenssaughubs in seinem Öffnungszustand hält.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (2O) ein metallisches Ventil­gehäuse (4O) mit einem eine Durchflußöffnung (46) umgebenden Ventilsitz (17) und ein mit diesem korrespondierendes Ventilglied (18) aufweist, das in dem Ventilgehäuse (4O) axial verschieb­lich geführt und zum Freigeben und Absperren der Durchflußöffnung (46) von einem elektrischen Schaltantrieb (34,36) betätigbar ist, daß das Ventilglied (18) gegenüber dem Ventilgehäuse (4O) elektrisch isoliert und mit einem Pol einer Meß­spannungsquelle (42) verbunden ist, an deren Gegen­ pol sowohl das Ventilgehäuse (4O) als auch ein Anschlag (39) zur Hubbegrenzung des Ventilglieds (18) angeschlossen sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch ge­kennzeichnet, daß der Anschlag (39) aus Leitplastikmaterial besteht und mit dem Ventil­gehäuse (4O) elektrisch leitend verbunden ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (2Oʹ) ein metallisches Ventilgehäuse (4O) mit einemeine Durchflußöffnung (46) umgeben­den Ventilsitz (17) und ein mit diesem korrespon­dierendes Ventilglied (18) aufweist, das in dem Ventilgehäuse (4O) axial verschieblich geführt und zum Freigeben und Absperren der Durchflußöff­nung (46) von einem elektrischen Schaltantrieb (34,36) betätigbar ist, und daß an einem im Ventil­gehäuse (4O) befestigten Anschlag (39) zur Hubbe­grenzung des Ventilglieds (18) eine Scheibe (57) aus piezoelektrischer Keramik befestigt ist, die auf beiden Stirnseiten jeweils eine metallische Elektrode (58,59) trägt, die mit einem Spannungs­meßgerät (67) verbunden sind.

1O. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch ge­kennzeichnet, daß die eine Elektrode (58) mit dem Anschlag (39) und die andere Elektrode (59) mit einem gegenüber dem Anschlag (39) und dem Ventilgehäuse (4O) isolierten Steckkontakt (64) je­weils elektrisch leitend verbunden ist und daß das Ventilgehäuse (4O) an dem einen Pol und der Steck­kontakt (64) an dem anderen Pol des Spannungsmeß­gerätes (67) angeschlossen ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1O, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlag (39) als in dem Ventilgehäuse (4O) befestigter Bolzen (5O) mit einer ein Innengewinde (55) auf­weisenden axialen Sackbohrung (54) ausgebildet ist, daß die Piezoscheibe (57) mit einer ihrer Elektroden (58) auf dem radial sich erstrecken­den Bohrungsgrund (56) aufliegt und auf diesem durch eine in der Sackbohrung (54) eingeschraub­te hohlzylindrische Feststellschraube (61) über einen Anpreßring (6O) verspannt ist und daß der mit der anderen Elektrode (59) verbundene Steck­kontakt (64) durch die Ringöffnung des Anpreß­rings (6O) hindurchtritt und sich im Innern der Feststellschraube (61) axial erstreckt.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Stirnfläche des Anpreßrings (6O) und der dieser zugekehrten Elektrode (59) der Piezoscheibe (57) ein mit dem Steckkontakt (64) verbundener schei­benförmiger Kontaktring (63) angeordnet ist und daß Anpreßring (6O) und Kontaktring (63) mit Steck­kontakt (64) eine Baueinheit bilden.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, da­durch gekennzeichnet, daß die Piezoscheibe (57) an einem Ende des Bolzens (5O) angeordnet ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 6, da­durch gekennzeichnet, daß das Ventil (2Oʺ) ein metallisches Ventilgehäuse (4O) mit einem eine Durchflußöffnung (46) umgebenden Ventilsitz (17) und ein mit diesem korrespondieren­ des Ventilglied (18) aufweist, das in dem Ventil­gehäuse (4O) axial verschieblich geführt und zum Freigeben und Absperren der Durchflußöffnung (46) von einem elektrischen Schaltantrieb (34,36) be­tätigbar ist, daß das Ventilglied (18) an seinem vom Ventilsitz (17) abgekehrten Ende eine metalli­sche Scheibe (36) trägt, daß ein Anschlag (39) zur Hubbegrenzung des Ventilglieds (18) von einer isoliert angeordneten metallischen Ringscheibe (7O) umgeben ist und daß Scheibe (36) und Ringscheibe (7O) einen Ringkondensator bilden, der mit einer Meßvorrich­tung (72) zur Messung der Kapazitätsänderung des Ringkondensators bei Ventilgliedhub verbunden ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch ge­kennzeichnet, daß die Ringscheibe (7O) im Ventilgehäuse (4O) elektrisch isoliert befestigt und mit einer durch das Ventilgehäuse (4O) isoliert hindurchgeführten Anschlußleitung (71) für die Meß­vorrichtung (72) leitend verbunden ist.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 15, da­durch gekennzeichnet, daß das elektrisch gesteuerte Ventil (2O;2Oʹ;2Oʺ) ein 2/2-­Wege-Magnetventil ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15 und 16, da­durch gekennzeichnet, daß die Scheibe des Ringkondensators von der Ankerplatte (36) des Elektromagneten (34) gebildet ist, an wel­cher das Ventilglied (18) befestigt ist.

Zeichnung