Verfahren zur Erkennung des Schließzeitpunktes eines Einspritzventilgliedes in einem Kraftstoffeinspritzventil sowie Kraftstoffeinspritzventil

Abstract

 Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung des Schließzeitpunktes eines Einspritzventilgliedes (1) in einem Kraftstoffeinspritzventil zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine, wobei das Einspritzventilglied (1) über ein Magnetventil (2) angesteuert wird, indem durch Öffnen oder Schließen des Magnetventils(2) ein das Einspritzventilglied (1) in Schließrichtung beaufschlagender hydraulischer Druck in einem Steuerraum (3) verändert wird, und wobei das Magnetventil (2) einen axial verschiebbar gelagerten und an einem Federelement (4) abgestützten Ankerbolzen (5) umfasst, der von einer Axialkraft beaufschlagt wird, die proportional zum hydraulischen Druck im Steuerraum (3) ist.
Erfindungsgemäß werden Kopplungsmittel (6) eingesetzt, über welche das Federelement (4) und eine Spule (7, 8) wenigstens eines Magnetkreises (9, 10) gekoppelt sind und über welche bei einer elastischen Verformung des Federelementes (4) eine detektierbare Parameteränderung, vorzugsweise eine Änderung der Spulenspannung oder des Spulenstroms, in zumindest einem Magnetkreis (9, 10) bewirkt werden.
Ferner betrifft die Erfindung ein Kraftstoffeinspritzventil mit entsprechenden Kopplungsmitteln (6).

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung des Schließzeitpunktes eines Einspritzventilgliedes in einem Kraftstoffeinspritzventil zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine sowie ein hierzu geeignetes Kraftstoffeinspritzventil.

[0002] Der Schließzeitpunkt des Einspritzventilgliedes lässt Rückschlüsse auf die Einspritzdauer zu, wobei die Einspritzdauer und der Einspritzdruck die eingespritzte Kraftstoffmenge bestimmen. Darüber hinaus gibt es weitere Einflussgrößen, wie beispielsweise Fertigungstoleranzen, Verschleiß von Bauteilen und im System auftretende Druckwellen, die zu Ungenauigkeiten in Bezug auf die eingespritzte Kraftstoffmenge führen können. Diese Einflussgrößen gewinnen insbesondere dann an Bedeutung, wenn die Betätigung des Einspritzventilgliedes indirekt über ein aktorbetätigtes Servoventil erfolgt. Denn innerhalb der Schaltkette vom Aktor, über das Servoventil und die Hochdruckhydraulik bis hin zum Einspritzventilglied kommt es oftmals zu Abweichungen, die Einfluss auf die Öffnungsdauer des Einspritzventilgliedes und damit auf die Einspritzdauer haben. Einen mitbestimmenden Faktor stellt dabei auch das dynamische Verhalten des Servoventils dar.

Stand der Technik

[0003] Aus dem Stand der Technik sind bereits verschiedene Verfahren und/oder Vorrichtungen zur Bestimmung der Öffnungsdauer eines Einspritzventilgliedes bekannt, um die Genauigkeit der eingespritzten Kraftstoffmenge zu optimieren.

[0004] Aus der Offenlegungsschrift DE 10 2007 031 552 A1 ist beispielsweise ein Verfahren zum Ermitteln der Position eines Ankers in einem Magnetventil sowie eine Vorrichtung zum Betreiben eines Magnetventils mit einem Anker bekannt. Da bei Kraftstoffinjektoren, die mittels eines Magnetventils betrieben werden, die Öffnungsdauer des Magnetventils einen entscheidenden Einfluss auf die eingespritzte Menge Kraftstoff hat, wird die Öffnungsdauer über die Ansteuerdauer einer Magnetspule des Magnetventils mittelbar eingestellt. Um die geeignete Ansteuerdauer zu ermitteln, müssen die Verzugszeit und die Schließzeit des Magnetventils unter den aktuellen Bedingungen bekannt sein. Während die Verzugszeit mit guter Genauigkeit vorhersagbar ist, hängt die Schließzeit von vielen Faktoren ab, die Schwankungen bewirken können, und ist daher nur unzureichend vorhersagbar. Die Schließzeit wird daher über die Position des Ankers des Magnetventils ermittelt. Über die Erkennung des Schließzeitpunktes des Magnetventils lassen sich jedoch keine Fehler und/oder Streuungen innerhalb der Hochdruckhydraulik erkennen.

[0005] Aus der Offenlegungsschrift DE 10 2006 051 206 A1 ist des Weiteren ein Kraftstoffinjektor mit einer Messeinrichtung zur Erfassung des Endes eines Einspritzvorgangs bzw. der Erfassung des Anschlags eines Öffnungshubes einer Düsennadel bekannt. Die Messeinrichtung ist als Wirbelstromsensor mit einem Messkörper ausgeführt. Der Messkörper umgibt eine Bewegungseinrichtung, insbesondere eine Düsennadel, welche wenigstens im Bereich ihrer Umschließung durch den Messkörper eine Magnetisierung aufweist. Die Messeinrichtung wird mit konstantem Gleichstrom oder mit einer konstanten Gleichspannung betrieben, wobei eine Abweichung von der Gleichspannung bzw. vom Gleichstrom als Messsignal dient. Insbesondere ergibt sich aus der Änderung der periodischen Düsennadelbewegung eine Änderung des mittels der Messeinrichtung ausgegebenen Messsignals in Form einer Unstetigkeit. Mittels dieser Unstetigkeit werden die Hubanschlags- oder Schließzeitpunkte periodisch aufeinander folgender Öffnungs- oder Schließzyklen ermittelt. Die vorgesehene Messeinrichtung stellt jedoch ein zusätzliches Bauteil dar, das es in einen Gehäuseteil des Injektors zu integrieren gilt. Zudem sind separate elektrische Anschlüsse für die Messeinrichtung erforderlich. Der konstruktive Aufwand ist dementsprechend hoch.

[0006] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfaches Verfahren und einen einfach aufgebauten Kraftstoffinjektor bereit zu stellen, welche die Erkennung des Schließzeitpunktes der Düsennadel und demzufolge eine hohe Genauigkeit in der Bestimmung der Einspritzmenge ermöglichen.

[0007] Die Aufgabe wird gelöst von einem Verfahren gemäß Anspruch 1 und von einem Kraftstoffeinspritzventil gemäß Anspruch 7. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.

Offenbarung der Erfindung

[0008] Bei dem vorgeschlagenen Verfahren zur Erkennung des Schließzeitpunktes eines Einspritzventilgliedes in einem Kraftstoffeinspritzventil wird das Einspritzventilglied über ein Magnetventil angesteuert, indem durch Öffnen oder Schließen des Magnetventils ein das Einspritzventilglied in Schließrichtung beaufschlagender hydraulischer Druck in einem Steuerraum verändert wird. Das Magnetventil umfasst dabei einen axial verschiebbar gelagerten und an einem Federelement abgestützten Ankerbolzen, der von einer Axialkraft beaufschlagt wird, die proportional zum hydraulischen Druck im Steuerraum ist. Erfindungsgemäß werden Kopplungsmittel eingesetzt, über welche das Federelement und eine Spule wenigstens eines Magnetkreises gekoppelt sind und über welche bei einer elastischen Verformung des Federelementes eine detektierbare Parameteränderung, vorzugsweise eine Änderung der Spulenspannung oder des Spulenstroms, in zumindest einem Magnetkreis bewirkt werden. Die elastische Verformung des Federelementes wird wiederum über eine axiale Verschiebung des an dem Federelement abgestützten Ankerbolzens bewirkt, die dann erfolgt, wenn der hydraulische Druck im Steuerraum und damit die auf den Ankerbolzen wirkende Axialkraft ansteigen. Dies ist unmittelbar nach dem Schließzeitpunkt des Einspritzventilgliedes der Fall, so dass der Schließzeitpunkt anhand der Parameteränderung im Magnetkreis ermittelt bzw. erkannt werden kann.

[0009] Zur Erkennung des Schließzeitpunktes des Einspritzventilgliedes bedarf es vorliegend keiner separaten Messeinrichtung, da der Magnetkreis eines zur Betätigung des Kraftstoffeinspritzventils vorgesehenen Magnetaktors herangezogen werden kann. Zusätzliche elektrische Anschlüsse sind ebenfalls nicht erforderlich. Das zur Durchführung des vorgeschlagenen Verfahrens eingesetzte Kraftstoffeinspritzventil kann demnach einfach aufgebaut sein.

[0010] Bevorzugt wird die Parameteränderung im Magnetkreis über eine Positionsänderung der Spule gegenüber einem Magnetkern, vorzugsweise dem Magnetkern des Magnetaktors, bewirkt. Bevorzugt werden hierzu das Federelement und die Spule des Magnetkreises über die Kopplungsmittel mechanisch gekoppelt. Bei einer elastischen Verformung des Federelementes wird dann durch eine Positionsänderung der Spule gegenüber dem Magnetkern eine detektierbare Parameteränderung im Magnetkreis bewirkt wird. Die Parameteränderung betrifft vorzugsweise eine Änderung der Spulenspannung oder des Spulenstromes.

[0011] Weiterhin bevorzugt werden über die Kopplungsmittel eine Richtungsumkehr und/oder eine Wegübersetzung bewirkt. Die Positionsänderung der Spule kann demnach in eine der Ankerbolzenbewegung entgegen gesetzte Richtung erfolgen und/oder die Spule kann einen größeren oder kleineren Weg als der Ankerbolzen zurücklegen.

[0012] Gemäß einem alternativen Verfahren werden das Federelement und die Spule des Magnetkreises über einen als Kopplungsmittel dienenden zweiten Magnetkreis mit einer zweiten Spule gekoppelt. Bei einer elastischen Verformung des Federelementes wird dann eine detektierbare Parameteränderung zumindest im zweiten Magnetkreis bewirkt. Die Kopplung über den zweiten Magnetkreis ersetzt eine mechanische Kopplung. Die zweite Spule kann dabei in das Federelement eingesetzt sein, so dass bei einer elastischen Verformung des Federelementes auch eine Positionsänderung der zweiten Spule und damit eine Parameteränderung im zweiten Magnetkreis erfolgt. Alternativ ist die zweite Spule derart angeordnet, dass zwischen Spule und Federelement ein Luftspalt besteht. Bei einer elastischen Verformung des Federelementes verändert sich dieser Luftspalt und somit die Induktivität dieses Magnetkreises. Der zweite Magnetkreis wird vorzugsweise aus dem Federelement, dem Magnetkern des Magnetaktors und der zweiten Spule gebildet, wobei die Spule Bestandteil des Federelementes oder des Magnetkerns sein kann. Als Bestandteil des Federelementes kann die Spule beispielsweise als gedruckte Flachspule ausgeführt sein; die auf das Federelement aufgeklebt wird.

[0013] Vorzugsweise wird die zweite Spule des zweiten Magnetkreises parallel oder in Reihe mit der ersten Spule des ersten Magnetkreises geschaltet. Auf diese Weise sind keine weiteren elektrischen Anschlüsse erforderlich. Einer weiteren Leitung zu einem Steuergerät bedarf es ebenfalls nicht. Die Anschlüsse des Kraftstoffeinspritzventils bleiben demnach unverändert.

[0014] Es gilt jedoch zu beachten, dass bei einer parallelen Schaltung die zweite Spule eine sehr hohe Induktivität im Vergleich zur ersten Spule aufweisen muss, damit die Funktion des ersten Magnetkreises sichergestellt ist. Das heißt, dass die Windungszahl der zweiten Spule im Vergleich zur ersten Spule groß ist. Bei einer Reihenschaltung verhält es sich umgekehrt. Das heißt, dass die zweite Spule eine geringe Induktivität und eine geringe Windungszahl im Vergleich zur ersten Spule aufweist.

[0015] Die Parameteränderung in einem Magnetkreis wird bei Vorhandensein eines Restflusses ermittelt. Alternativ oder ergänzend wird durch erneute Bestromung des Magnetventils vor dem erwarteten Schließzeitpunkt des Einspritzventilgliedes ein zur Ermittlung der Parameteränderung ausreichender Magnetfluss aufgebaut. Die Bestromung ist dabei derart zu gestalten, dass das Magnetventil nicht erneut öffnet.

[0016] Ferner wird ein Kraftstoffeinspritzventil zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine mit einem Magnetventil zum Ansteuern eines Einspritzventilgliedes vorgeschlagen, wobei durch Öffnen oder Schließen des Magnetventils ein das Einspritzventilglied in Schließrichtung beaufschlagender hydraulischer Druck in einem Steuerraum verändert wird. Das Magnetventil des vorgeschlagenen Kraftstoffeinspritzventils umfasst einen axial verschiebbar gelagerten und an einem Federelement abgestützten Ankerbolzen, der von einer Axialkraft beaufschlagbar ist, die proportional zum hydraulischen Druck im Steuerraum ist. Erfindungsgemäß sind Kupplungsmittel vorgesehen, über welche das Federelement und eine Spule wenigstens eines Magnetkreises gekoppelt sind und welche bei einer elastischen Verformung des Federelementes eine detektierbare Parameteränderung, vorzugsweise eine Änderung der Spulenspannung oder des Spulenstroms, in zumindest einem Magnetkreis bewirken.

[0017] Wesentliches Merkmal des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils sind demnach die Kopplungsmittel, welche die Durchführung des vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens ermöglichen. Bei dem Magnetventil handelt es sich zudem bevorzugt um ein druckausgeglichenes Magnetventil, wobei der Druckausgleich über den Ankerbolzen erfolgt, der in einer Führungsbohrung des Ankers geführt. Dabei ist der Führungsdurchmesser des Ankers und der Sitzdurchmesser des Magnetventils näherungsweise gleich gewählt. Dadurch wirkt die hydraulische Kraft über die von der Sitzlinie des Ventils umschlossene Fläche nicht als Öffnungskraft auf den beweglichen Anker, sondern auf den am Federelement abgestützten Ankerbolzen. Das Federelement kann beispielsweise auch eine elastisch verformbare Abstützplatte sein.

[0018] Da das vorgeschlagene Kraftstoffeinspritzventil die Durchführung eines der vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren ermöglicht, gelten die im Zusammenhang mit den Verfahren beschriebenen Vorteile auch für das Kraftstoffeinspritzventil. Darüber hinaus ist das vorgeschlagene Kraftstoffeinspritzventil einfach aufgebaut und kostengünstig herstellbar.

[0019] Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform sind das Federelement und die Spule des Magnetkreises über die Kopplungsmittel mechanisch gekoppelt. Eine elastische Verformung des Federelementes bewirkt zudem eine Positionsänderung der Spule gegenüber einem Magnetkern und demzufolge eine detektierbare Parameteränderung im Magnetkreis. Eine mechanische Kopplung ist einfach herzustellen, beispielsweise über stangenförmige Kopplungselemente, das einerseits mit der Spule und andererseits mit dem Federelement verbunden sind. Darüber hinaus besteht eine Vielzahl an weiteren Kopplungsmöglichkeiten.

[0020] Die Kopplungsmittel können beispielsweise derart ausgebildet sein, dass sie eine Richtungsumkehr und/oder eine Wegübersetzung bewirken. Die Positionsänderung der Spule kann demnach der Bewegungsrichtung des Ankerbolzens entgegen gesetzt sein und/oder der Weg der Spule kann größer oder kleiner als der Weg des Ankerbolzens sein. Wesentlich ist, dass die Spule derart angeordnet ist, dass sie ihre Position auch ändern kann. Vorzugsweise ist die Spule daher zumindest axial verschiebbar gelagert.

[0021] Gemäß einer bevorzugten weiteren Ausführungsform ist als Kopplungsmittel ein zweiter Magnetkreis mit einer zweiten Spule vorgesehen und eine elastische Verformung des Federelementes bewirkt eine detektierbare Parameteränderung zumindest im zweiten Magnetkreis. Die Spule des zweiten Magnetkreises kann hierzu im bzw. am Federelement, beispielsweise als gedruckte und mittels Kleben befestigte Flachspule, oder im bzw. am Magnetkern des Primärkreises angeordnet sein. Hierbei wird - in Abhängigkeit von der gewählten Anordnung - ein Luftspalt zwischen der Spule und dem Magnetkern oder der Spule und dem Federelement ausgebildet, der sich bei einer elastischen Verformung des Federelementes verändert und somit zu einer Änderung der Induktivität des Magnetkreises führt.

[0022] Bevorzugt sind die zweite Spule des zweiten Magnetkreises und die erste Spule des ersten Magnetkreises parallel oder in Reihe geschaltet. Diese Maßnahmen machen die Anordnung weiterer elektrischer Leitungen außerhalb des Kraftstoffeinspritzventils entbehrlich.

[0023] Vorteilhafterweise ist das Magnetventil eines erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils im Wesentlichen durckausgeglichen. Hierzu ist der Ankerbolzen des Magnetventils in einer Führungsbohrung eines Ankers aufgenommen, wobei der Durchmesser der Führungsbohrung und der Durchmesser eines mit dem Anker zusammenwirkenden Ventilsitzes näherungsweise gleich sind. Dadurch wirkt die hydraulische Kraft über die von der Sitzlinie des Ventils umschlossene Fläche nicht als Öffnungskraft auf den beweglichen Anker, sondern auf den am Federelement abgestützten Ankerbolzen. Das Federelement kann hierzu als elastisch verformbare Abstützplatte ausgebildet sein. Um die Elastizität der Abstützplatte zu erhöhen, können in dieser Aussparungen vorgesehen sein. Diese sind derart zu gestalten, dass der Magnetfluss im zweiten Magnetkreis nicht beeinträchtigt wird.

[0024] Die erfindungsgemäße Verfahren nutzt die Tatsache, dass das Magnetventil während der Schließphase des Kraftstoffeinspritzventils geschlossen ist und in der Druckkammer des Magnetventils der Steuerraumdruck herrscht. Dieser Steuerraumdruck - und folglich die auf den Ankerbolzen wirkende Axialkraft - weisen im Schließzeitpunkt des Einspritzventils ein deutliches Minimum auf. Unmittelbar nach dem Schließen des Einspritzventilgliedes kommt es zu einem schnellen Anstieg des Steuerraumdrucks, der ferner einen Anstieg der auf den Ankerbolzen wirkenden Axialkraft bewirkt. Diese Kraftänderung führt bei einem erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektor zu einer elastischen Verformung des Federelementes, wobei die vorgesehenen Kopplungsmittel die elastische Verformung des Federelementes in eine Positionsänderung einer Spule eines Magnetkreises und/oder in eine Größenveränderung eines Luftspaltes übersetzen, was wiederum eine Parameteränderung in dem die Spule und/oder den Luftspalt aufweisenden Magnetkreis zur Folge hat. Anhand dieser Parameteränderung kann dann der Schließzeitpunkt des Einspritzventilgliedes bestimmt werden.

[0025] Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Diese zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Kraftstoffeinspritzventil gemäß dem Stand der Technik,

Fig. 2 einen Detailausschnitt aus Fig. 1 im Bereich des Steuerraums,

Fig. 3 ein Diagramm zur Darstellung des zeitlichen Verlaufs und der Zusammenhänge des Hubes des Einspritzventilgliedes und des Steuerraumdrucks,

Fig. 4 einen Längsschnitt durch ein erstes erfindungsgemäßes Kraftstoffeinspritzventil im Bereich des Magnetventils,

Fig. 5 einen Längsschnitt durch ein zweites erfindungsgemäßes Kraftstoffeinspritzventil im Bereich des Magnetventils,

Fig. 6 einen Längsschnitt durch ein Magnetventil eines dritten erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils,

Fig. 7 einen Längsschnitt durch ein Magnetventil eines vierten erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils und

Fig. 8 und 9 jeweils ein Schaltschema eines Magnetventils gemäß der Fig. 7.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen

[0026] Das in der Fig. 1 dargestellte bekannte Kraftstoffeinspritzventil weist ein in einem ersten Gehäuseteil 16 (Düsenkörper) hubbeweglich geführtes Einspritzventilglied 1 in Form einer Düsennadel auf, an welche ein Ventilkolben 15 als Verlängerung angesetzt ist. Der Ventilkolben 15 ist in einem zweiten Gehäuseteil 16 (Injektorkörper) ebenfalls hubbeweglich geführt und an seinem der Düsennadel abgewandtem Ende in einem Ventilstück 18 aufgenommen. Innerhalb des Ventilstücks 18 wird durch den Ventilkolben 15 ein Steuerraum 3 begrenzt, in welchem in Schließstellung eines Magnetventils 2 ein den Ventilkolben 15 und damit das Einspritzventilglied 1 in Schließrichtung beaufschlagender hydraulischer Druck herrscht. Der das Einspritzventilglied 1 in Schließrichtung beaufschlagende hydraulische Druck im Steuerraum 3 wird durch eine Zulaufdrossel 21 sichergestellt, welche in Verbindung mit einem Hochdruck-Anschluss 20 für die Zuleitung von unter hohem Druck stehenden Kraftstoff steht. Der Hochdruck-Anschluss 20 steht ferner in Verbindung mit einer Hochdruckbohrung 17, über welche der unter hohem Druck stehende Kraftstoff wenigstens einer Einspritzöffnung des Kraftstoffeinspritzventils zugeführt wird.

[0027] Wie aus Fig. 2 ersichtlich weist der Steuerraum 3 eine weitere Drossel, nämlich eine Ablaufdrossel 22 auf, über welche eine hydraulische Verbindung des Steuerraums 3 mit einer Druckkammer 24 des Magnetventils 2 hergestellt wird (siehe auch Fig. 4 und 5). In der Druckkammer 24 des Magnetventils 2 herrscht somit bei geschlossenem Magnetventil 2 der hydraulische Druck des Steuerraums 3. Wird nun das Magnetventil 2 geöffnet, kann über die Ablaufdrossel 22 und den Ventilsitz 14 Kraftstoff aus dem Steuerraum 3 und der Druckkammer 24 des Magnetventils 2 abströmen. Die Folge ist ein Druckabfall im Steuerraum 3, der einen Öffnungshub des Einspritzventilgliedes 1 zur Folge hat. Zum Öffnen des Magnetventils 2 wird dieses bestromt, so dass ein mit dem Ventilsitz 14 zusammenwirkender Anker 13 des Magnetventils 2 aus seinem Dichtsitz gehoben wird und den Ventilsitz 14 öffnet. Zur Bestromung des Magnetventils 2 ist am Kraftstoffeinspritzventil ein elektrischer Anschluss 19 vorgesehen (siehe Fig. 1).

[0028] Die Zusammenhänge zwischen dem Steuerraumdruck und dem Öffnungshub der Düsennadel bzw. des Einspritzventilgliedes 1 gehen aus dem Diagramm der Fig. 3 hervor. Die Rückwirkung von Öffnen und Schließen des Einspritzventilgliedes 1 auf den Steuerraumdruck sind deutlich zu sehen. So erreicht der Steuerraumdruck sein Minimum unmittelbar vor Beginn des Öffnungshubes des Einspritzventilgliedes 1.

[0029] Diese Zusammenhänge kommen insbesondere zum Tragen, wenn ein druckausgeglichenes Magnetventil 2 zur Ansteuerung des Einspritzventilgliedes 1 Verwendung findet (siehe Fig. 4 und 5). Der Druckausgleich erfolgt über einen Ankerbolzen 5, der in einer Führungsbohrung 12 des Ankers 13 axial verschiebbar geführt ist, wobei der Durchmesser der Führungsbohrung 12 zumindest näherungsweise gleich dem Durchmesser des Ventilsitzes 14 gewählt ist. Dadurch wirkt keine hydraulische Kraft auf den Anker 13, sondern lediglich auf den Ankerbolzen 5, der an einem Federelement 4 abgestützt ist. Dabei wird der Ankerbolzen 5 von einer Axialkraft beaufschlagt, die proportional zum hydraulischen Druck im Steuerraum 3 ist. Die Axialkraft bewirkt, dass der Ankerbolzen 5 in Richtung des Federelementes 4 axial verschoben wird, wobei das Federelement 4 eine elastische Verformung erfährt.

[0030] Bei dem in der Fig. 4 dargestellten ersten erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventil ist das Federelement 4 als Tellerfeder ausgebildet und an einem als Abstützplatte dienenden Gehäuseteil 16 abgestützt. Der Ankerbolzen 5 ist von einem Magnetkern 11 umgeben, in dem eine Spule 7 aufgenommen ist. Ferner sind Kopplungsmittel 6 vorgesehen, welche die Spule 7 mit dem Federelement 4 in der Weise mechanisch verbinden, dass eine elastische Verformung des Federelementes 4 eine Positionsänderung der Spule 7 gegenüber dem Magnetkern 11 bewirkt. Die Spule 7 ist hierzu axial verschiebbar im Magnetkern 11 aufgenommen und der Magnetkern 11 über ein Spannelement 23, das den Magnetkern 11 gegenüber einem radialen Absatz am Gehäuseteil 16 vorspannt, lagefixiert. Die Positionsänderung der Spule 7 führt zu einer Parameteränderung, beispielsweise einer Änderung der Spulenspannung oder des Spulenstroms, im vorhandenen Magnetkreis 9, so dass über die Detektion der Parameteränderung der Schließzeitpunkt des Einspritzventilgliedes 1 zuverlässig erkannt werden kann.

[0031] Eine alternative Ausführungsform geht aus der Fig. 5 hervor. Diese unterscheidet sich von der der Fig. 4 dadurch, dass das Federelement 4 unterschiedlich ausgebildet ist und die mechanische Kopplung des Federelementes 4 mit der Spule 7 über die Kopplungsmittel 6 in der Weise erfolgt, dass die Positionsänderung der Spule 7 in entgegengesetzter Richtung zur Bewegung des Ankerbolzens 5 erfolgt. Es kann somit eine Richtungsumkehr bewirkt werden. Zudem unterscheiden sich der Weg der Spule 7 vom Weg des Ankerbolzens 5, so dass ferner eine Wegübersetzung realisiert wird.

[0032] Eine weitere alternative Ausführungsform ist in der Fig. 6 gezeigt. Hier werden als Kopplungsmittel 6 ein weiterer Magnetkreis 10 mit einer weiteren Spule 8 eingesetzt. Zudem bildet die gehäuseseitige Abstützplatte das Federelement 4 aus, welche demnach elastisch verformbar ausgeführt ist. Die zweite Spule 8 ist in dem Magnetkern 11 aufgenommen und zwischen dem Magnetkern 11 und dem Federelement 4 ist ein Luftspalt 25 ausgebildet, der sich bei einer elastischen Verformung des Federelementes 4 verändert, vorliegend vergrößert. Dies hat zur Folge, dass sich die Induktivität im Magnetkreis 10 ändert. Es erfolgt eine Parameteränderung, die wiederum detektierbar ist und einen Rückschluss auf den Schließzeitpunkt des Einspritzventilgliedes 1 zulässt.

[0033] Die Fig. 7 zeigt eine Abwandlung der Ausführungsform der Fig. 6. Der Unterschied besteht darin, dass die zweite Spule 8 in das Federelement 4 integriert ist. Bei einer elastischen Verformung des Federelementes 4 erfolgt demnach eine Positionsänderung der Spule 8, die ebenfalls dazu führt, dass der Luftspalt 25 eine Vergrößerung erfährt.

[0034] Um weitere elektrische Leitungen bzw. einen weiteren elektrischen Anschluss 19 zu vermeiden, ist die jeweils zweite Spule 8 parallel oder in Reihe mit der Spule 7 des Primärkreises geschaltet. Die Parallelschaltung ist beispielhaft für die Ausführungsform der Fig. 7 in Fig. 8 dargestellt. Fig. 9 zeigt die entsprechende Reihenschaltung. Während bei der Parallelschaltung die Induktivität der zweiten Spule 8 im Vergleich zur ersten Spule 7 hoch gewählt sein muss, um die Funktion des Primärkreises nicht zu beeinträchtigen, verhält es sich bei der Reihenschaltung anders herum. Das heißt, dass bei der Reihenschaltung die Windungszahl der zweiten Spule 8 geringer als die der ersten Spule 7 sein kann.

[0035] Allen dargestellten Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzventils gemeinsam ist, dass das Magnetventil 2 jeweils derart ausgelegt und konstruiert ist, dass das Schließen des Einspritzventilgliedes 1 eine detektierbare Parameteränderung in einem Magnetkreis des Magnetventils 2 zur Folge hat. Über die Parameteränderung kann demnach in zuverlässiger Weise der Schließzeitpunkt des Einspritzventilgliedes 1 ermittelt werden.

[0036] Zur Durchführung des Verfahrens ist es erforderlich, das ein ausreichender Restfluss im jeweiligen Magnetkreis vorhanden ist. Sofern dies nicht der Fall ist, wird vorgeschlagen, das Magnetventil 2 erneut kurz zu bestromen, um einen ausreichenden Magnetfluss zu gewährleisten. Dabei ist jedoch Sorge zu tragen, dass das Magnetventil 2 nicht erneut öffnet. Denn dies hätte einen Druckabfall im Steuerraum 3 und ggf. einen erneuten Öffnungshub des Einspritzventilgliedes 1 zur Folge.

[0037] Indem der Schließzeitpunkt des Einspritzventilgliedes erfasst wird, findet bei der Ermittlung der Einspritzdauer nicht nur das dynamische Verhalten des Servoventils Berücksichtigung, sondern sämtliche etwaige Ungenauigkeiten innerhalb der gesamten Schaltkette vom Aktor bis zur Düsennadel bzw. bis zum Einspritzventilglied. Die Erfindung vermag sowohl Exemplarstreuungen gleichartiger Ventile auszugleichen, als auch deren Drift über die Lebensdauer sowie den Einfluss variabler Einflussgrößen, wie beispielsweise den Einfluss von Druckschwingungen. Die eingespritzte Kraftstoffmenge ist demnach mit höherer Genauigkeit bestimmbar und einstellbar.

Ansprüche

1. Verfahren zur Erkennung des Schließzeitpunktes eines Einspritzventilgliedes (1) in einem Kraftstoffeinspritzventil zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine, wobei das Einspritzventilglied (1) über ein Magnetventil (2) angesteuert wird, indem durch Öffnen oder Schließen des Magnetventils(2) ein das Einspritzventilglied (1) in Schließrichtung beaufschlagender hydraulischer Druck in einem Steuerraum (3) verändert wird, und wobei das Magnetventil (2) einen axial verschiebbar gelagerten und an einem Federelement (4) abgestützten Ankerbolzen (5) umfasst, der von einer Axialkraft beaufschlagt wird, die proportional zum hydraulischen Druck im Steuerraum (3) ist,
dadurch gekennzeichnet, dass Kopplungsmittel (6) eingesetzt werden, über welche das Federelement (4) und eine Spule (7, 8) wenigstens eines Magnetkreises (9, 10) gekoppelt sind und über welche bei einer elastischen Verformung des Federelementes (4) eine detektierbare Parameteränderung, vorzugsweise eine Änderung der Spulenspannung oder des Spulenstroms, in zumindest einem Magnetkreis (9, 10) bewirkt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (4) und die Spule (7) des Magnetkreises (9) über die Kopplungsmittel (6) mechanisch gekoppelt werden und bei einer elastischen Verformung des Federelementes (4) eine detektierbare Parameteränderung im Magnetkreis (9) durch eine Positionsänderung der Spule (7) gegenüber einem Magnetkern (11) bewirkt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass über die Kopplungsmittel (6) eine Richtungsumkehr und/oder eine Wegübersetzung bewirkt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (4) und die Spule (7) des Magnetkreises (9) über einen als Kopplungsmittel (6) dienenden zweiten Magnetkreis (10) mit einer zweiten Spule (8) gekoppelt werden und bei einer elastischen Verformung des Federelementes (4) eine detektierbare Parameteränderung zumindest im zweiten Magnetkreis (10) bewirkt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Spule (8) des zweiten Magnetkreises (10) parallel oder in Reihe mit der ersten Spule (7) des ersten Magnetkreises (9) geschaltet wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Parameteränderung in einem Magnetkreis (9, 10) bei Vorhandensein eines Restflusses ermittelt wird und/oder durch erneute Bestromung des Magnetventils (2) vor dem erwarteten Schließzeitpunkt des Einspritzventilgliedes (1) ein zur Ermittlung der Parameteränderung ausreichender Magnetfluss aufgebaut wird.

7. Kraftstoffeinspritzventil zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine mit einem Magnetventil (2) zum Ansteuern eines Einspritzventilgliedes (1), indem durch Öffnen oder Schließen des Magnetventils (2) ein das Einspritzventilglied (1) in Schließrichtung beaufschlagender hydraulischer Druck in einem Steuerraum (3) verändert wird und wobei das Magnetventil (2) einen axial verschiebbar gelagerten und an einem Federelement (4) abgestützten Ankerbolzen (5) umfasst, der von einer Axialkraft beaufschlagbar ist, die proportional zum hydraulischen Druck im Steuerraum (3) ist,
dadurch gekennzeichnet, dass Kupplungsmittel (6) vorgesehen sind, über welche das Federelement (4) und eine Spule (7, 8) wenigstens eines Magnetkreises (9, 10) gekoppelt sind und welche bei einer elastischen Verformung des Federelementes (4) eine detektierbare Parameteränderung, vorzugsweise eine Änderung der Spulenspannung oder des Spulenstroms, in zumindest einem Magnetkreis (9, 10) bewirken.

8. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (4) und die Spule (7) des Magnetkreises (9) über die Kopplungsmittel (6) mechanisch gekoppelt sind und eine elastische Verformung des Federelementes (4) eine Positionsänderung der Spule (7) gegenüber einem Magnetkern (11) und demzufolge eine detektierbare Parameteränderung im Magnetkreis (9) bewirkt.

9. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 7 oder 8,
dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplungsmittel (6) eine Richtungsumkehr und/oder eine Wegübersetzung bewirken.

10. Kraftstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 7 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Magnetkreis (10) mit einer zweiten Spule (8) als Kopplungsmittel (6) vorgesehen ist und eine elastische Verformung des Federelementes (4) eine detektierbare Parameteränderung zumindest im zweiten Magnetkreis (10) bewirkt.

11. Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Spule (8) des zweiten Magnetkreises (10) und die erste Spule (7) des ersten Magnetkreises (9) parallel oder in Reihe geschaltet sind.

12. Kraftstoffeinspritzventil nach einem der Ansprüche 7 bis 11,
dadurch gekennzeichnet, dass der Ankerbolzen des Magnetventils (2) in einer Führungsbohrung (12) eines Ankers (13) aufgenommen ist, wobei der Durchmesser der Führungsbohrung (12) und der Durchmesser eines mit dem Anker (13) zusammenwirkenden Ventilsitzes (14) näherungsweise gleich sind, so dass das Magnetventil (2) im Wesentlichen druckausgeglichen ist.

Zeichnung