DE10026595A1

DE10026595A1 - Nadelhubsensor für eine Pumpe-Düse-Einheit und Verfahren zu deren Betreiben

Info

Publication number: DE10026595A1
Application number: DE2000126595
Authority: DE
Inventors: Holger Dyja
Original assignee: IAV GmbH Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr
Current assignee: IAV GmbH Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr
Priority date: 2000-05-30
Filing date: 2000-05-30
Publication date: 2002-02-14

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Nadelhubsensor für eine Pumpe-Düse-Einheit (PDE), der die Bewegung einer Ventilnadel 7 oder eines mit dieser in Wirkverbindung stehenden Elementes erfasst, sowie ein Verfahren zum Betreiben eines optischen Nadelhubsensor, bei welchem mindestens zwei Lichtleiter 3a; 3b zur Ventilnadel 7 oder zu mit dieser in Wirkverbindung stehenden Elementen geführt sind, wovon einer der Lichtleiter 3a mit der Lichtquelle verbunden ist. DOLLAR A Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Nadelhubsensor für eine Pumpe-Düse-Einheit zu schaffen, der ein optisches Messprinzip aufweist. Weiterhin soll ein Messverfahren für einen optischen Nadelhubsensor geschaffen werden, mit dem die Position der Intensität des reflektierten Lichtes für jeden Lichtleiter 3a; 3b einzeln gemessen und aus dem Verhältnis der gemessenen Intensität auf den Abstand zu der das Licht reflektierenden Fläche geschlossen wird. DOLLAR A Gelöst wird die Aufgabe dadurch, dass mindestens ein Lichtleiter 3 einer Lichtquelle und einer Auswerteeinheit 13 für in den Lichtleiter 3 reflektiertes Licht angeschlossen ist und der Lichtleiter 3 in der Pumpe-Düse-Einheit (PDE) zu einer Ventilnadel 7 oder einem mit dieser in Wirkverbindung stehenden Element Dämpfungskolben 6 oder Ausweichkolben 2 geführt ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Nadelhubsensor für eine Pumpe-Düse-Einheit nach dem Oberbegriff des Hauptanspruches und ein Verfahren zum Betreiben des Sensors nach dem Oberbegriff des Nebenanspruches.

Aus der Schrift DE 37 36 198 C2 ist ein gattungsgemäßer Nadelhubsensor für Pumpe-Düse-Einheiten vorbekannt. Im Absatz 2; Spalte 3 der genannten Druck schrift wird ein elektrischer Nadelhubsensor beschrieben, der sich im unteren Teil der Pumpe-Düse-Einheit befindet und über elektrische Anschlusskabel der elektronischen Steuereinheit des Motors angeschlossen ist.

Vorbekannt ist aus der Schrift GB 2 138 072 ein optischer Nadelhubsensor für Einspritzventile. Eine Lichtquelle und ein Lichtsensor sind mittels eines Prismas optisch einem Lichtleiter angeschlossen. Der Lichtleiter ist durch das Gehäuse eines Einspritzelementes geführt und in seinem weiteren Verlauf in einer Führung inner halb einer zwischen Gehäuse und Ventilkörper angeordneten Feder geführt. Das dem Lichtleiter zugewandte Ende des Ventilnadelkörpers weist einen Reflektor für das abgestrahlte Licht auf. Der Lichtleiter ist in axialer Bewegungsrichtung des Ventilkörpers von diesem beabstandet angeordnet, so dass die Intensität des reflektierten Lichtes als Maß für den Abstand zwischen Lichtleiter und Nadelkörper genutzt werden kann.

Der optische Nadelhubsensor nach dem Stand der Technik ist für eine Anwendung in Pumpe-Düse-Elementen (im weiteren PDE) nicht anwendbar, da in axialer Bewegungsrichtung der Ventilnadel bei PDE der Pumpenkolben angeordnet ist und der Lichtleiter durch diesen bzw. durch den Hockdruckraum geführt werden müsste.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Nadelhubsensor für eine Pumpe- Düse-Einheit zu schaffen, der ein optisches Messprinzip aufweist. Weiterhin soll ein Messverfahren für einen optischen Nadelhubsensor geschaffen werden, mit dem die Position der Ventilnadel unabhängig von Verschmutzungen des zwischen Sensor und reflektierender Fläche befindlichen Kraftstoffes überwacht wird.

Diese Aufgabe wird bei gattungsgemäßen Nadelhubsensoren erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 und bei Messver fahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 5 erfindungsgemäß entsprechend dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 5 gelöst.

Die Verwendung eines erfindungsgemäßen Nadelhubsensors mit einem Licht wellenleiter gestattet es, Auswerteelektronik, Lichtquelle und -sender entfernt vom Hochdruckraum anzuordnen, wodurch deren Belastung durch hohe Temperaturen und Drücke vermieden wird.

Die Führung der Lichtleiter im Gehäuse - getrennt vom Druckraum - sichert eine stabile Position der Lichtleiter, damit deren Eigenbewegungen die Abstandsmessung nicht überlagern. Weiterhin kann der Lichtleiter getrennt vom Kraftstoff geführt werden.

Die lichtleitende Strecke ist unempfindlich gegen hohe Temperaturen und elektro magnetische Beeinflussungen.

Erfindungsgemäß vorteilhaft sind zwei Lichtleiter nebeneinander zum Nadelkörper geführt. Diese Ausgestaltung gestattet eine von Verschmutzungen des Kraftstoffes zwischen Nadelkörper und Sensor unabhängige Messung der Nadelposition.

Das Verfahren zum Betreiben des optischen Nadelhubsensors ist für Ausge staltungen mit zwei Lichtleitern anwendbar. Die Messwerte der Lichtintensität in den einzelnen Lichtleitern werden erfindungsgemäß vorteilhaft einzeln ausgewertet, und deren Verhältnis zueinander bildet ein Maß für die Entfernung.

Es wird damit ein Verfahren zur Auswertung der Messsignale eines optischen Nadelhubsensors für PDE geschaffen, das die Position der Ventilnadel unabhängig von der zwischen Sensor und Reflektor auftretenden Lichtschwächung - z. B. durch Verschmutzung - erfasst.

Erfindungsgemäß vorteilhaft verändert sich das Verhältnis der Intensitäten der jeweils in die einzelnen Lichtleiter reflektierten Lichtmenge im Nahbereich sehr stark, so dass ein Abheben der Düsennadel ohne aufwendige Signalnachbearbeitung erkannt werden kann.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden in der Zeichnung anhand von schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen beschrieben.

Hierbei zeigt:

Fig. 1 eine Darstellung des erfindungsgemäßen Nadelhubsensors für eine Pumpe- Düse-Einheit, wobei der Nadelkörper den Reflektor für das durch den Lichtleiter geleitete und auszuwertende Licht bildet,

Fig. 2 eine Ausführung des erfindungsgemäßen Nadelhubsensors, wobei der Ausweichkolben den Reflektor bildet,

Fig. 3 eine Ausführung des erfindungsgemäßen Nadelhubsensors, wobei der Dämpfungskolben den Reflektor bildet,

Fig. 4 eine ausschnittsweiße Darstellung des erfindungsgemäßen Nadelhubsensors mit zwei Lichtleitern.

Fig. 1 zeigt eine Prinzipdarstellung des erfindungsgemäßen Nadelhubsensors zum Überwachen der Position einer Düsennadel in einer PDE. Ein nur teilweise gezeigtes Pumpe-Düse-Element PDE weist einen Pumpenkolben 1 auf, der einen Hochdruck raum 8 abschließt. Ausgehend vom Hochdruckraum 8 führt eine Hockdruckleitung 5 zur Einspritzöffnung 14 der PDE, die mittels einer Ventilnadel 7 verschlossen ist. Ein Dämpfungskolben 6 und ein Ausweichkolben 2 sind im Gehäuse der PDE in axialer Bewegungsrichtung der Ventilnadel 7 beweglich geführt. Zwischen diesen ist eine Ventilfeder 4 angeordnet. Der Ausweichkolben 2 belastet die Ventilfeder 4 über den Druck im Hochdruckraum 8. Der Dämpfungskolben 6, der dem Ausweichkolben 2 gegenüber liegt, stützt sich auf der Ventilnadel 7 ab und drängt diese gegen ihren Sitz in der PDE.

Ein Kanal ist durch das Gehäuse der PDE bis zum Federraum 9 geführt. Dessen federraumseitige Öffnung ist gegenüber dem Dämpfungskolben 6 an der Unterseite des Federraumes 9 angeordnet. In dem Kanal ist ein Lichtleiter 3 von einer Einheit mit Lichtquelle und Messeinrichtung - nicht dargestellt - bis zur Öffnung des Kanals im Federraum 9 geführt.

Nachfolgend wird die Funktion der PDE und der Messvorrichtung beschrieben. Der Pumpenkolben 1 wird von einem Nocken - nicht dargestellt - bewegt und erzeugt bei geschlossenem Kraftstoffrücklauf - nicht dargestellt - durch seine Hubbewegung Druck innerhalb des Hochdruckraumes 8. Der Druck liegt über die Hochdruck leitung 5 ebenfalls an der Ventilnadel 7 der PDE an. Ist die auf die Ventilnadel 7 wirkende Druckkraft größer als jene von der Ventilfeder 4 aufgebrachte Kraft, so hebt die Ventilnadel 7 von ihrem Sitz ab. Durch die Kombination Dämpfungskolben 6, Ventilfeder 4 und Ausweichkolben 2 erfolgt pro Einspritzvorgang eine Vor- und Haupteinspritzung. Der in der PDE geführte Dämpfungskolben 6 wird entsprechend der Bewegung der Ventilnadel 7 mit angehoben.

Diese Bewegung des Dämpfungskolbens 6 wird von der am Lichtleiter 3 angeordneten Messeinrichtung - Prinzipdarstellung Fig. 1 - erfasst. Es wird die Intensität des vom Dämpfungskolben 6 in den Lichtleiter 3 reflektierten Lichtes ausgewertet, die vom Abstand des Dämpfungskolbens 6 von der Lichtaus/-eintritts öffnung des Lichtleiters 3 abhängig ist.

Fig. 2 zeigt eine Ausführung der erfindungsgemäßen Messvorrichtung. Die Aus gestaltung ist im wesentlichen ähnlich zu der in Fig. 1 gezeigten. Die Bezugs zeichen entsprechen den in Fig. 1 verwendeten. Der Unterschied zwischen beiden Ausführungen besteht in der Führung des Lichtleiters 3 in Gehäuse 15 der PDE. Der durch das Gehäuse 15 geführte Kanal endet gegenüber dem Federraum 9 zugewandten Ende der Ventilnadel 7.

Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführung der erfindungsgemäßen Messvorrichtung. Die Ausgestaltung ist im wesentlichen ähnlich zu der in Fig. 1 oder 2 gezeigten. Die Bezugszeichen werden entsprechend dieser Figuren verwandt. Im Unterschied zu den in Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungen endet der Lichtleiter 3 an der dem Hochdruckraum 8 zugewandten Seite des Federraumes 9 gegenüber dem Ausweich kolben 2.

Das durch den Lichtleiter 3 geleitete Licht wird am Ausweichkolben 2 reflektiert und dessen Position anhand der Intensität des von ihm reflektierten Lichtes berechnet.

Fig. 4 zeigt ausschnittsweiße eine Prinzipdarstellung der erfindungsgemäßen Messvorrichtung mit zwei Lichtleitern 3a; 3b, anhand welcher das erfindungsgemäße Messverfahren nachfolgend dargestellt wird. Die Bezugszeichen sind entsprechend der Fig. 1-3 verwandt. Im Kanal 10 sind zwei Lichtleiter 3a; 3b bis zu dessen Öffnung in den Federraum 9 geführt. Beide Lichtleiter 3a; 3b enden nebeneinander, gegenüber dem Dämpfungskolben 6. Die Lichtquelle ist in einer Sendeeinheit 11 angeordnet und der Lichtleiter 3a angeschlossen. Der zweite Lichtleiter 3b ist der Empfangseinheit 12 angeschlossen. Das durch den Lichtleiter 3a geleitete Licht wird am Dämpfungskolben 6 reflektiert. Schließt der Dämpfungskolben 6 bündig mit dem Gehäuse 15 der PDE ab, so wird das gesamte ausgesendete Licht wieder in den Lichtleiter 3a reflektiert. Je weiter sich der Dämpfungskolben 6 von den Licht leitern 3a; 3b entfernt befindet, um so geringer wird die in den Lichtleiter 3a reflektierte Lichtmenge. Gleichzeitig erhöht sich jedoch die Menge des in den zweiten Lichtleiter 3b reflektierten Lichtes. Die Intensität des in die Lichtleiter 3a; 3b vom Dämpfungskolben reflektierten Lichtes wird sowohl in der Sendeeinheit 11 als auch in der Empfangseinheit 12 gemessen und in einer nachgeschalteten Rechen einheit 13 ausgewertet.

Erfindungsgemäß wird ein Verhältnis der einzelnen Intensitäten in den Licht leitern 3a und 3b zueinander gebildet, und von diesem Verhältnis ausgehend wird auf den Abstand der reflektierten Fläche - hier des Dämpfungskolbens 6 - ge schlossen.

Das Verhältnis der Intensitäten verändert sich insbesondere im Nahbereich- Entfernung Lichtleiter 3a; 3b zum Dämpfungskolben 6 - mit wachsendem Abstand sehr stark. Beim Aufsitzen des Dämpfungskolbens 6 auf dem Gehäuse 15 der PDE wird die gesamte durch den Lichtleiter 3 geführte Lichtmenge in diesen reflektiert. Die Intensität des in den Lichtleiter 3b reflektierten Lichtes ist 0.

Mit größer werdender Entfernung des Dämpfungskolbens 6 von den Licht leitern 3a; 3b gleichen sich die Lichtmengen, die in die Lichtleiter 3a; 3b reflektiert werden, an. Das Verhältnis der Lichtintensitäten strebt gegen 1.

Bezugszeichenliste

1

Pumpenkolben

2

Ausweichkolben

3

Lichtleiter

4

Ventilfeder

5

Hochdruckleitung

6

Dämpfungskolben

7

Ventilnadel

8

Hochdruckraum

9

Federraum

10

Kanal

11

Sendeeinheit

12

Empfangseinheit

13

Auswerteeinheit

14

Einspritzöffnung

15

Gehäuse PDE
PDE Pumpe-Düse-Einheit

3

a;

3

b Lichtleiter

Claims

1. Nadelhubsensor für eine Pumpe-Düse-Einheit (PDE), der die Bewegung einer Ventilnadel oder eines mit dieser in Wirkverbindung stehenden Elementes erfasst, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Lichtleiter (3) einer Lichtquelle und einer Auswerte einheit (13) für in den Lichtleiter (3) reflektiertes Licht angeschlossen ist, und der Lichtleiter (3) in der Pumpe-Düse-Einheit (PDE) zu einer Ventilnadel (7) oder einem mit dieser in Wirkverbindung stehenden Element Dämpfungskolben (6) oder Ausweichkolben (2) geführt ist.

2. Nadelhubsensor für eine Pumpe-Düse-Einheit (PDE) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der/die Lichtleiter (3) in einem Kanal (10) im Gehäuse (15) einer Pumpe- Düse-Einheit (PDE) zur Ventilnadel (7) oder zu einem mit dieser in Wirkver bindung stehenden Element Dämpfungskolben (6) oder Ausweichkolben (2) geführt ist/sind.

3. Nadelhubsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der/die Lichtleiter (3) so geführt ist/sind, dass dessen Enden nahezu senkrecht zu der das Licht reflektierenden Fläche des Nadelkörpers der Ventilnadel (7) oder des mit dieser in Wirkverbindung stehenden Elementes Dämpfungskolben (6) oder Ausweichkolben (2) steht/stehen.

4. Nadelhubsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Lichtleiter (3a; 3b) so durch den Kanal (10) im Gehäuse (15) der PDE geführt sind, dass ihre Enden parallel und dicht nebeneinander gegenüber der Ventilnadel (7) oder dem mit dieser in Wirkverbindung stehenden Element Dämpfungskolben (6) oder Ausweichkolben (2) angeordnet sind.

5. Verfahren zum Betreiben eines optischen Nadelhubsensors, bei welchem mindestens zwei Lichtleiter zur Ventilnadel oder zu mit dieser in Wirkverbindung stehenden Elementen geführt sind, wovon einer der Lichtleiter mit der Lichtquelle verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Intensität des reflektierten Lichtes bei jedem der Lichtleiter (3a; 3b) einzeln gemessen wird und aus dem Verhältnis der gemessenen Intensitäten auf den Abstand zu der das Licht reflektierenden Fläche geschlossen wird.