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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Ventilvorrichtung, insbesondere
ein Einspritzventil für Brennkraftmaschinen.
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Obwohl
die vorliegende Erfindung vorliegend anhand eines Einspritzventils
für einen
Dieselmotor erörtert
wird, ist sie allgemein auf Ventilvorrichtungen, beispielsweise
Einspritzventile für
irgendwelche Brennkraftmaschinen oder Dosierventile, anwendbar.
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Im
Zusammenhang mit den wachsenden Anforderungen an ein geregeltes
Motor-Einspritzsystem wird es zunehmend wichtiger, ein stabiles
Regelsystem zur präzisen
Regelung der einzuspritzenden Kraftstoffmenge aufbauen zu können. Der
Regelungsbedarf ergibt sich insbesondere auch aus der Notwendigkeit
der Kompensation von Einspritzmengenstreuungen, die bei serienmäßig gefertigten
Einspritzventilen – verursacht
durch relativ große
Toleranzfenster – unvermeidlich
auftreten. Eine Kompensation dieser Streuungen durch Ausmessen der
Betriebspunkte der einzelnen Einspritzdüsen am Ende der Fertigung und
anschließende
Set-Bildung passender, d. h. in den Betriebspunkten sich ähnelnder Injektoren
ist zwar möglich,
jedoch äußerst aufwendig.
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Anderseits
setzt eine Kompensation der Streuungen im Serienbetrieb eine ausreichend
genaue Erfassung bzw. Ermittlung des Zeitpunktes und der tatsächlichen
Menge der einzelnen Einspritzungen voraus. Eine derartige Kontrolle
kann beispielsweise in einem Diesel-Piezo-Injektor mit Diesel-Motorsteuersystem
nicht direkt, sondern lediglich mittelbar durch Erfassen der tatsächlichen
Bewegung der Ventilnadel im Einspritzventil und einer darauf aufbauenden
Berechnung der Einspritzmenge erfolgen.
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Somit
hat aufgrund der wachsenden Anforderungen an moderne Brennkraftmaschinen
hinsichtlich Kraftstoffverbrauch, Abgasemission, Geräuschentwicklung,
Leistung, etc. die Regelung der einzuspritzenden Kraftstoffmenge
in der Praxis enorm an Bedeutung gewonnen, da eine Steuerung zu
einer akzeptabel hohen Einspritzmengenstreuung, verursacht durch
relative große
Toleranzen bei serienmäßig gefertigten
Injektoren, führen
würde.
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Gemäß dem Stand
der Technik besitzen beispielsweise Common-Rail-Dieseleinspritzsysteme für Dieselserienfahrzeuge
in der Regel lediglich eine Steuerung, bei welcher die Daten und
die Festlegung der Einspritzrate und der Einspritzmenge aus Kennfeldern
bezogen werden, die in einer zentralen Steuereinheit gespeichert
sind und auf Erfahrungswerten betreffend die Betriebscharakteristik
der eingesetzten Kraftstoffventile beruhen.
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An
diesem Ansatz hat sich jedoch die Tatsache als nachteilig herausgestellt,
dass auf Grundlage dieser Kennfelder eine ungenaue Einstellung der Einspritzrate
und der Einspritzmenge erfolgt.
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Somit
liegt der Erfindung allgemein das Problem zugrunde, den zeitlichen
Verlauf der Einspritzung genau zu erfassen bzw. zu ermitteln und
gegebenenfalls mittels einer Auswertung der erfassten Daten eine
geeignete Regelung des Einspritzvorgangs zu gewährleisten.
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Gemäß einem
Ansatz nach dem Stand der Technik werden zum Zweck der Erfassung
der tatsächlichen
Bewegungen der Ventilnadel Nadelhubsensoren verwendet, welche berührungslos,
beispielsweise auf der Basis von optischen Elementen, von Hall-Elementen, von Induktionselementen
oder dergleichen arbeiten.
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Es
ist jedoch – auch
unter Kostengesichtspunkten – nicht
unproblematisch, derartige Sensoren mit relativ hohem Raumbedarf
in einen ohnehin engdimensionierten Sektor, gegebenenfalls in eine
Umgebung in der Kraftstoffdrücke
bis zu 2000 bar herrschen, einzubauen.
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Zum
anderen bedingt der Einbau eines Nadelhubsensors gemäß dem Stand
der Technik ein erhöhtes
Risiko von Undichtigkeiten.
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Darüber hinaus
kann für
die Ansteuerung und die Signalauswertung ein erhöhter Schaltungsaufwand erforderlich
werden, welcher entweder ebenfalls in dem Injektor untergebracht
werden muss oder zusätzlichen
Platz der zentralen Steuereinheit benötigt.
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Aus
der Druckschrift
DE
3 445 721 A1 ist es bekannt, zur genauen Erfassung bzw.
Ermittlung des zeitlichen Verlaufs der Einspritzung einen Nadelhubsensor
mit eingeschränkten Überwachungsmöglichkeiten
in Form eines Ventilnadel/Ventilsitz-Kontaktschalters zu verwenden. Wenn
Kontakte eines derartigen Kontaktschalters, beispielsweise durch
den Ventilkörper
und den Ventilsitz des jeweiligen Kraftstoffventils, gebildet sind,
so lassen sich bereits die Zeitpunkte des Einspritzbeginns (Schalter öffnet) und des
Einspritzendes (Schalter schließt)
bestimmen und folglich der Einspritzverlauf und die Einspritzmenge
mehr oder weniger genau rekonstruieren. Die Genauigkeit der Information
lässt sich
hierbei durch vorsehen einer Mehrzahl von Kontaktschaltern an ein und
demselben Kraftstoffventil erhöhen,
beispielsweise eines den Vollöffnungsgrad
des Ventils detektierenden zusätzlichen
Kontaktschalters.
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Die
in der
DE 3 445 721
A1 bekannte Schalterfunktion setzt, außer am Kontaktpunkt der Spitze der
Ventilnadel mit dem in dem Ventilkörper ausgebildeten Ventilsitz,
eine Isolierung zwischen der Ventilnadel und dem Düsenkörper voraus.
Diese Isolierung wird bei bekannten Einspritzventileinheiten einerseits durch
eine Isolierschicht zwischen der Ventilnadel bzw. der Ventilnadel-Führungseinrichtung
und dem Düsenkörper realisiert.
Anderseits wird eine weitere Isolierung oberhalb der oberen (ventilseitigen)
Endfläche
der Ventilnadel vorgesehen, um zu verhindern, dass diese Endfläche am Ende
eines Ventilhubs auf eine nicht definierte, die Messung der Einspritzdauer störende Weise
mit dem Düsenkörper in
elektrischen Kontakt gelangt.
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Durch
Messung des Spannungsabfalls in einem den Kontaktschalter enthaltenden
Stromkreis des bekannten Einspritzventils ist es demnach möglich, anhand
von Anfang und Ende eines Zyklus der Ventilnadelbewegung eine Aussage über die
Dauer des Einspritzvorgangs zu gewinnen. Um diesen Spannungsabfall
bzw. das dadurch erzeugte elektrische Signal aufnehmen und der zentralen
Steuereinheit zuführen
zu können,
ist es erforderlich, eine Außen-Kontaktierung
eines in dem Stromkreis integrierten, d. h. gegenüber seiner
Umgebung elektrisch isolierten Bauteils in dem Injektor herzustellen.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Ventilvorrichtung
anzugeben, bei welcher ein in dem Stromkreis vorgesehenes, gegenüber seiner
Umgebung elektrisch isoliertes Bauteil der Ventilvorrichtung mit
einem Kontaktelement auf einfache, sichere und flächenpressungsresistente
Weise elektrisch verbunden wird, um ein generiertes elektrisches
Signal von dem elektrisch isolierten Bauteil nach Außen zu einer
zentralen Steuereinheit für
eine Auswertung des elektrischen Signals zu führen.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe vorrichtungsseitig durch die Ventilvorrichtung mit den Merkmalen
des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Die
der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Idee besteht darin,
dass die Ventilvorrichtung einen elektrisch leitenden Ventilkörper und
eine in dem Ventilkörper
elektrisch isoliert integrierte elektrisch leitende Ventilnadel-Führungseinrichtung zur Führung einer
elektrisch leitenden Ventilnadel aufweist, welche mit dem Ventilkörper mindestens
eine elektrische Kontaktschaltereinrichtung bildet, wobei die mindestens
eine elektrische Kontaktschaltereinrichtung einen über die
Ventilnadel-Führungseinrichtung
bzw. die Ventilnadel und den Ventilkörper geführten Stromkreis zum Generieren
eines in der Ventilnadel-Führungseinrichtung
geführten
elektrischen Signals in Abhängigkeit
einer zugeordneten Bewegung der Ventilnadel relativ zu dem Ventilkörper schließt oder
unterbricht; wobei die elektrisch isolierte Ventilnadel-Führungseinrichtung
eine elektrische Kontakteinrichtung zum Abnehmen des generierten elektrischen
Signals aufweist, welche über
eine elektrisch leitende Gummieinrichtung mit einem nach außen geführten elektrischen
Anschlusskontakt zum isoliert nach außen Übertragen des generierten elektrischen
Signals sicher, stabil und flächenpressungsresistent
elektrisch gekoppelt ist.
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Somit
weist die vorliegende Erfindung gegenüber den zitierten Ansätzen gemäß dem Stand der
Technik den Vorteil auf, dass das von mindestens einer elektrischen
Kontaktschaltereinrichtung generierte elektrische Signal von der
elektrisch isolierten Ventilnadel-Führungseinrichtung der Ventilvorrichtung
sicher, stabil und flächenpressungsresistent über die
elektrisch leitende Gummieinrichtung zu einer zentralen Steuereinheit übertragen
werden kann, so dass zu jeder Zeit eine genaue und zuverlässige Bestimmung
der eigentlichen Einspritzrate und Einspritzmenge gewährleistet
wird. Dadurch kann eine extrem genaue Regelung der Einspritzrate
und der Einspritzmenge für
einen verbesserten Betrieb der Ventilvorrichtung geschaffen werden.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand
der weiteren Unteransprüche
sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung.
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Gemäß einer
bevorzugten Weiterbildung ist die elektrische Kontakteinrichtung
als unterer Kontaktstift ausgebildet, welcher in eine zugeordnete Bohrung
in der Ventilnadel-Führungseinrichtung
eingepresst ist. Selbstverständlich
kann die elektrische Kontakteinrichtung auch als blanker bzw. ebener
und in der Ventilnadel-Führungseinrichtung
bündig
vorgesehener Flächenkontakt
ausgebildet sein, welcher in die Oberfläche der Ventilnadel-Führungseinrichtung vorteilhaft
elektrisch isoliert eingebracht ist.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Weiterbildung ist der elektrische Anschlusskontakt
als oberer Kontaktstift ausgebildet, welcher über ein elektrisches Kabel
mit einer zentralen Steuereinheit zum Übertragen des generierten elektrischen
Signals an dieselbe verbunden ist. Der obere Kontaktstift ist vorzugsweise
in einer Isolationshülse
geführt,
welche in einem Ventilelement vorgesehen ist, das beispielsweise
auf einer oberhalb der Ventilnadel-Führungseinrichtung vorgesehenen
Zwischenplatte angeordnet ist.
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Gemäß einem
weiteren bevorzugtem Ausführungsbeispiel
ist die elektrisch leitende Gummieinrichtung in der oberhalb der
Ventilnadel-Führungseinrichtung
vorgesehenen Zwischenplatte in einer darin ausgebildeten Durchgangsbohrung
geführt. Die
elektrisch leitende Gummieinrichtung ist vorzugsweise als zylinderförmiger Leitgummi
ausgebildet, wobei der Leitgummi beispielsweise lose zwischen der
elektrischen Kontakteinrichtung und dem elektrischen Anschlusskontakt
in Anlage mit denselben angeordnet sein kann. Selbstverständlich ist
auch eine feste Verbindung mit der elektrischen Kontakteinrichtung
und/oder dem elektrischen Anschlusskontakt möglich.
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Vorzugsweise
stützt
sich die Gummieinrichtung an dem unteren und dem oberen Kontaktstift
jeweils mit einer geeigneten Vorspannkraft für eine sichere elektrische
Verbindungsleitung zum Übertragen
des generierten elektrischen Signals ab.
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Dadurch
ist jederzeit eine zuverlässige Übertragung
des generierten elektrischen Signals von der Ventilnadel-Führungseinrichtung zu einer
externen zentralen Steuereinheit gewährleistet, auch für den Fall
von auftretenden Vibrationen oder von in dem System auftretenden
hohen Flächenanpressdrücken.
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Die
elektrisch leitende Gummieinrichtung weist vorteilhaft eine elektrisch
nicht-leitende Mantelfläche
auf, so dass eine zusätzliche
Isolationshülse nicht
benötigt
wird. Es ist allerdings offensichtlich, dass auch eine elektrisch
leitende Mantelfläche
vorstellbar ist, wobei die elektrisch leitende Gummieinrichtung
dann vorzugsweise in einer Isolationshülse geführt ist. Die elektrisch leitende
Gummieinrichtung bzw. der Leitgummi besteht vorzugsweise aus Silikon oder
einem silikon-ähnlichen
Material mit darin vermengten leitenden Partikeln, beispielsweise
Silberpartikel. Derartige Leitgummis werden bereits auf dem Markt
angeboten.
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Gemäß einem
weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel
kann die Kontaktierung zwischen der elektrisch leitenden Gummieinrichtung
und der Nadelführung
vorteilhaft auch direkt auf die metallische Oberfläche der
Nadelführung
durch ein Fehlen der Isolationsschicht an dieser Stelle erfolgen.
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Vorzugsweise
weist die Ventilvorrichtung eine Ausrichtungseinrichtung, beispielsweise
Zentrierstifte, auf, um die Kontaktstifte und die jeweils gegenüber liegenden
Kontaktstellen genau miteinander ausrichten zu können. Diese Zentrierstifte
können beispielsweise
auch einer Zentrierung der jeweiligen Hochdruckbohrungen der Ventilvorrichtung
zu einander dienen.
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Vorteilhaft
wird dem Leitgummi-Zylinder aufgrund der Inkompressibilität der verwendeten
Materialien konstruktiv ein ausreichendes Ausweichvolumen zur Verfügung gestellt,
damit die Hochdruckdichtflächen
bei der Montage ungehindert auf einander verpresst werden können. Beispielsweise
ist die Durchgangsbohrung in der Zwischenplatte mit einer geeigneten
Abmessung zum Bilden des Ausweichvolumens ausgebildet.
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Der
obere Kontaktstift ist gemäß einem
weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel
dichtend in dem Ventilelement bzw. dem Injektorkörper eingebaut, beispielsweise
unter Verwendung eines O-Rings, durch Einpressen, durch Verkleben
oder dergleichen.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren
der Zeichnung angegebenen Ausführungsbeispielen
näher erläutert. Von den
Figuren zeigen:
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1 schematisch
einen Längsschnitt
durch den düsenseitigen
Teil eines Einspritzventils, in welchem sich die Ventilnadel in
einem geschlossenen Zustand befindet;
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2 schematisch
einen Längsschnitt
durch den düsenseitigen
Teil des Einspritzventils aus 1, in welchem
sich die Ventilnadel in einem ballistischen Bereich befindet;
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3 schematisch
einen Längsschnitt
durch den düsenseitigen
Teil des Einspritzventils aus den 1 und 2,
in welchem sich die Ventilnadel am Hubanschlag befindet; und
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4 schematisch
eine Teilansicht eines Einspritzventils im Schnitt gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
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In
den Figuren der Zeichnung bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche
oder funktionsgleiche Komponenten, soweit nichts Gegenteiliges angegeben
ist.
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Die 1 bis 3 illustrieren
Schnittansichten durch den düsenseitigen
Teil eines Einspritzventils 1, welches beispielsweise elektrisch
angetrieben wird und zusammen mit vorzugsweise anderen Piezo-Injektoren
in an sich bekannter Weise mit einem nicht dargestellten zentralen
Druckspeicher (Common Rail) für
Diesel-Kraftstoff verbindbar ist, wobei eine elektrische Ansteuerung
mittels einer externen zentralen Steuereinheit (nicht dargestellt)
erfolgt.
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Der
Piezo-Aktuator befindet sich im Allgemeinen im hier nicht dargestellten
oberen Teil des Injektors. Der untere Teil des Einspritzventils 1 ist hauptsächlich aus
elektrisch leitenden Materialien und bezüglich der Ventilachse rotationssymmetrisch ausgebildet.
Das Einspritzventil 1 umfasst ferner einen Düsen- bzw.
Ventilkörper 2,
vor dessen Düsenöffnungen
ein Ventilsitz 3 ausgebildet ist.
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Zudem
weist das Einspritzventil 1 eine Ventilnadel 4 auf,
welche zusammen mit dem Ventilsitz 3 bei geschlossenem
Ventil einen geschlossenen und bei geöffnetem Ventil einen offenen
Sitzkontaktschalter S1 bildet.
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Wie
in den Figuren außerdem
ersichtlich ist, ist eine Nadelführung 5 bzw.
Ventilnadel-Führungseinrichtung 5 zur
Führung
der Ventilnadel 4 vorgesehen, wobei die Nadelführung in
an sich bekannter Weise zum Teil eine Isolierschicht umfasst, um
elektrisch gegenüber
dem Düsenkörper 2 in
demselben integriert werden zu können,
wie oben bereits erläutert
worden ist.
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Die
obere Endfläche
der Ventilnadel 4 bzw. die obere Endfläche der Nadelführung 5 grenzt
an eine Zwischenplatte 6 bzw. Ventilplatte 6,
wie in den Figuren dargestellt ist, welche beispielsweise einen düsenseitigen
Hochdruckbereich des Kraftstoff-Einspritzventils von einem ventilseitigen
Niederdruckbereich trennt.
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Wie
in 3 ersichtlich ist, ist eine weitere Schaltereinrichtung
S2 bei einem Kontakt der Ventilnadel 4 mit der zugeordneten
Gegenfläche
der Zwischenplatte 6 vorgesehen.
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Anhand
der 1 bis 3 soll im Folgenden rein exemplarisch
das Prinzip einer Generierung eines Sitzkontaktschalter-Signal zum
Erfassen der Einspritzzeitpunkte und der Einspritzmengen kurz erläutert werden.
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Die
Ventilnadel 4 bildet einen Doppelschalter S1/S2, wobei
sich der Schalter S1 aus der Spitze der Ventilnadel 4 und
dem Ventilsitz 3 und der Schalter S2 aus dem ventilseitigen
Ende der Ventilnadel 4 und der zugeordneten Anschlagfläche bzw.
dem Hubanschlag an der Unterseite der Zwischenplatte 6 zusammensetzt.
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Der
Schalter S1 ist geschlossen bei nicht angesteuertem Injektor und
offen bei angesteuertem Injektor. Schalter S2 ist in seiner Funktion
invers zu Schalter S1, wobei nach dem Umschalten von S1 bis zum
Schließen
von S2 sowie nach dem Öffnen
von S2 bis zum Schließen
von S1 eine zeitliche Verzögerung
auftritt, die jeweils exakt der Nadelbewegungsdauer entspricht,
d.h. die Ventilnadel 4 befindet sich in der "Freiflug-Phase", im sogenannten
ballistischen Zustand.
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Vorzugsweise
sind sowohl der Ventilkörper 2 als
auch die Zwischenplatte 6 mit Masse verbunden, wobei es
ausreicht, lediglich den Injektorkörper 8 mit Masse zu
verbinden, da über
den metallischen Kontakt einer Düsenspannmutter
zu den anderen Bauteilen, wie beispielsweise dem Gewinde, der Auflage der
Düsenschulter
und weiteren nicht isolierten Druckdichtflächen, der elektrische Kontakt
mit den anderen Bauteilen und somit auch mit dem Ventilkörper 2 und
der Zwischenplatte 6 gewährleitstet ist.
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Die
Nadelführung 5 und
somit die Ventilnadel 4 sind im Unterschied dazu gegenüber der
Zwischenplatte 6 und dem Ventilkörper 2 elektrisch
isoliert in dem Ventilkörper 2 integriert.
D. h., um ein elektrisches Signal zu erhalten, welches die Zeiten
anzeigt, während
denen die Schalter S1 und S2 geöffnet
und geschlossen sind, werden der Düsenkörper 2 und die Zwischenplatte 6 auf
Masse-Potential gelegt und die Nadelführung 5 wird über einen
Messwiderstand mit einer Spannungsquelle verbunden. Bei einer derartigen
Schaltungsanordnung ist dann ein hoher Spannungsabfall messbar,
wenn der Schalter S1 oder der Schalter S2 geschlossen ist, d. h.
wenn die Ventilnadel 4 entweder auf dem Ventilsitz 3 aufsitzt
oder an der Zwischenplatte 6 anschlägt und somit jeweils einen
Stromfluss ermöglicht.
In den 1 bis 3 ist der jeweilige Strompfad
durch die Pfeile schematisch dargestellt und der jeweils geschlossene
Schaltkontakt durch die brennende Lampe symbolisiert.
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Dabei
ist insbesondere zu beachten, dass die stromführende Ventilnadel 5 gegenüber dem
Düsenkörper 2 und
der Zwischenplatte 6 elektrisch isoliert sein muss, um
einen Kurzschluss zu verhindern. Dies wird im Allgemeinen durch
eine Isolationsschicht auf der Nadelführung 5 bewerkstelligt,
welche neben einer hohen Stand- und Betriebsfestigkeit auch einen
hohen elektrischen Widerstand (R -> ∞) besitzt.
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1 illustriert
den Zustand, in welchem die Ventilnadel 4 auf dem Ventilsitz 3 aufsitzt,
d. h. in welchem der Schalter S1 geschlossen ist. Dadurch kann ein
Strom von dem mit "+" gekennzeichneten
Pol der Spannungsquelle durch die Nadelführung 5 bzw. die Ventilnadel 4 über den
Ventilsitz 3 in den Düsenkörper 2,
welcher mit Masse verbunden ist, fließen, so dass der Stromkreis
geschlossen und der Level des Spannungssignals "high" ist.
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2 illustriert
einen Zustand, in welchem sich die Ventilnadel 4 in dem
ballistischen Zustand befindet, d. h. so wohl der Schalter S1 als
auch der Schalter S2 sind geöffnet.
Daher kann ein eingespeister Strom bzw. das eingespeiste Messsignal nicht über den
Düsenkörper 2 oder
die Ventilplatte 6 fließen, so dass der Stromkreis
offen und der Level des Spannungssignals "low" ist.
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3 illustriert
hingegen einen Zustand, in welchem die Ventilnadel 4 an
dem oberen Gegenkontakt der Zwischenplatte 6 anliegt, so
dass der eingespeiste Strom über
die mit Masse verbundene Zwischenplatte 6 fließen kann.
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Wie
aus den obigen Erläuterungen
ersichtlich ist, kann durch Abgreifen bzw. Abnehmen des in der Nadelführung 5 durch
den Stromfluss erzeugten elektrischen Signals sehr genau die Laufzeit
der Ventilnadel 4 zwischen dem Öffnen des Sitzkontaktschalters
S1 (gleichsetzbar mit dem Einspritzbeginn) und dem Auftreffen auf
der Anschlagfläche
der Zwischenplatte 6 des Schalter S2 (gleichsetzbar mit
einem Erreichen der maximalen Einspritzrate) ermittelt werden. Ferner
kann auch der umgekehrte Vorgang (S2 öffnen, S1 schließen) genauestens
betrachtet werden. Das heißt,
aus der Information "S1
= auf" bis "S2 = geschlossen" kann über die
dazwischen gemessene Zeit und den bekannten maximalen Nadelhub auf die
mittlere Nadelöffnungsgeschwindigkeit
geschlossen werden, aus der gemessenen Zeit zwischen "S2 = geschlossen" und S2 = offen" kann auf die Dauer der
voll geöffeneten
Düse und
aus der Zeit zwischen. "S2
= offen" bis "S1 = geschlossen" kann wiederum auf
die mittlere Nadelgeschwindigkeit geschlossen werden. Mit diesen
Informationen und dem jeweiligen Druck und der entsprechenden Düsenkonfiguration kann
dann sehr genau die aktuelle Einspritzmenge bestimmt und über ein
entsprechendes Regelkonzept (Abgleich Soll/Ist) gegebenenfalls angepasst werden.
Als Stellgrößen bieten
sich z.B. Einspritzbeginn, -dauer und -ende an.
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Für ein Abgreifen
des elektrischen Signals ist es allerdings, wie oben bereits erläutert erforderlich, eine
Kontak tierung der in dem Düsenkörper 2 elektrisch
isoliert integrierten Nadelführung 5 derart
herzustellen, dass das elektrische Signal über geeignete Kontaktelemente
bzw. Kabel sicher und zuverlässig von
der Nadelführung 5 isoliert
an die zentrale Steuereinheit übertragen
werden kann.
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4 illustriert
eine Teilquerschnittsansicht eines Einspritzventils 1 gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung. 4 zeigt
lediglich einen Ausschnitt, wobei beispielsweise aus Gründen der Übersichtlichkeit
der Düsenkörper im unteren
Bereich nicht mit dargestellt ist.
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Wie
in 4 ersichtlich ist, ist zum Abgreifen des in der
Nadelführung 5 geführten elektrischen
Signals gemäß dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel ein
unterer Kontaktstift 9 vorgesehen, welcher beispielsweise
in eine zugeordnete Bohrung 10 in der Oberfläche der
Nadelführung 5,
beispielsweise durch Einpressen, eingesetzt ist. Die Bohrung 10 der
Nadelführung 5 weist
selbstverständlich
keine Isolationsschicht auf, so dass das in der Nadelführung 5 geführte Signal über den
unteren Kontaktstift 9 weitergeleitet werden kann. Es ist
für einen
Fachmann offensichtlich, dass anstelle des Kontaktstiftes 9 beispielsweise
auch eine mit einem nicht isolierten Bereich der Nadelführung 5 elektrisch
verbundenen ebene Kontaktfläche
verwendet werden kann, die gegenüber
ihrem Randbereich elektrisch isoliert ist und mit der Oberfläche der
Nadelführung 5 bündig abschließt.
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Wie
in 4 ferner dargestellt ist, weist die Ventilvorrichtung
gemäß dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel
vorzugsweise einen Leitgummi 11, vorzugsweise in Form eines
Zylinders, auf. Der Leitgummi-Zylinder 11 besteht beispielsweise
aus Silikon oder einem silikon-ähnlichen
Material mit darin enthaltenen leitenden Partikeln, beispielsweise
Silberpartikeln. Derartige Leitgummis sind mittlerweile auf dem
Markt frei erhältlich.
Die Leitfähigkeit
solcher Leitgummis nimmt sogar bei einem mechanischen Verpressen
zu, da die einge schlossenen Partikel dann noch mehr leitfähige Brücken bilden-
können. Da
im vorliegenden Fall auf Grund der hohen Anpressdrücke auf
die einzelnen Bauteile auch auf den Leitgummi hohe Druckkräfte wirken,
sind Leitgummis für
die vorliegende Erfindung besonders vorteilhaft. Es ist jedoch für einen
Fachmann offensichtlich, dass andere elektrisch leitende Gummieinrichtungen ebenfalls
verwendet werden können.
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Derartige
Leitgummis können
mit einer elektrisch nichtleitenden Mantelfläche ausgebildet werden, so
dass der Leitgummi 11 direkt ohne einer Isolationshülle in einer
Durchgangsbohrung 13 der Ventilplatte bzw. Zwischenplatte 6 des
Einspritzventils aufgenommen und geführt werden können, wie
in 4 illustriert ist.
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Der
Leitgummi-Zylinder 11 stützt sich im eingebauten Zustand,
in welchem hohe Anpressdrücke, wie
oben bereits erläutert
wurde, auf die einzelnen Bauteile des Einspritzventils vorherrschen,
auf der beispielsweise bündig
mit der Oberfläche
der Nadelführung 5 abschließenden Kontaktfläche des
unteren Kontaktstiftes 9 mit einer vorbestimmten Vorspannkraft
ab. Dadurch wird eine sichere, stabile und insbesondere flächenpressungsresistente
elektrische Kontaktierung des Leitgummi-Zylinders 11 mit
der zugeordneten Kontaktfläche
des unteren Kontaktstiftes 9 gewährleistet.
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Auf
Grund der Inkompressibilität
der verwendeten Materialien ist es wichtig, dem Leitgummi-Zylinder
konstruktiv ein ausreichendes "Ausweichvolumen" zur Verfügung zu
stellen, damit die Hochdruckdichtflächen bei der Montage ungehindert
aufeinander verpresst werden können.
Die Durchgangsbohrung 13 ist entsprechend mit einer geeigneten
Abmessung zum Bilden des Ausweichvolumens auszubilden.
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Ferner
ist gemäß dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel
ein oberer Kontaktstift 14 vorgesehen, welcher sich in
einem elektrischen Kontakt mit dem oberen Ende des Leitgummi- Zylinders 11 befindet, wie
in 4 gezeigt ist. Der Leitgummi-Zylinder 11 befindet
sich analog zu dem unteren Kontaktstift 9 auch mit dem
oberen Kontaktstift 14 derart in einem elektrischen Kontakt,
dass das generierte elektrische Signal von der Nadelführung 5 über den
unteren Kontaktstift 9 und den Leitgummi-Zylinder 11 an
den oberen Kontaktstift 14 sicher und flächenpressungsresistent übertragen
wird – auch
bei Vibrationen und hohen Anpressdrücken der einzelnen Bauteile.
Der Kontaktstift 14 ist bevorzugt dichtend in den Injektorkörper 8 eingebaut,
beispielsweise mittels eines O-Rings,
durch Einpressen, durch Verkleben, etc..
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An
dem oberen Kontaktstift 14 ist ein elektrisches Kabel 15 zur Übertragung
des elektrischen Signals zu einer externen nicht dargestellten zentralen Steuereinheit
gekoppelt. Der obere Kontaktstift 14 sowie das Kabel 15 werden
vorteilhaft in einer zugeordneten Isolationshülse 16 in dem Injektorkörper 8 geführt.
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Somit
wird das in der elektrisch isolierten Nadelführung 5 in Abhängigkeit
der Bewegung der Ventilnadel 4 generierte elektrische Signal
isoliert über den
unteren Kontaktstift 9, den Leitgummi-Zylinder 11,
den oberen Kontaktstift 14 sowie das Kabel 15 zu der
zentralen Steuereinheit für
eine Auswertung des Signals sowie eine Regelung der Ventilnadelbewegung
in Abhängigkeit
des Signals übertragen.
Der federelastische Leitgummi-Zylinder 11 stellt den Kontakt
an der Nadelführung 5 vorteilhaft
auch bei auftretenden Vibrationen und den existierenden hohen Druckkräften auf
die einzelnen Bauteile des Einspritzventils 1 jederzeit
sicher. Wie oben bereits erläutert
wurde, ist eine Flächenpressung
der Bauteile mit teilweise bis zu 2000 bar für eine dichte Kraftstoffleitung
notwendig, wobei die durch den Leitgummi-Zylinder 11 geschaffene
flexible elektrische Kontaktierung diese hohen Anpressdrücke zwischen
den einzelnen Bauteilen und gleichzeitig eine Übertragung des elektrischen
Signals von der Nadelführung 5 zu
der zentralen Steuereinheit für
eine sichere Regelung der Ventilnadelbewegung gewährleistet,
ohne dass bei der Anpressung der Bauteile die elektrische Kontaktierung
in Mitleidenschaft gezogen wird. D.h. die elektrisch leitende Gummieinrichtung
bzw. der Leitgummi-Zylinder 11 nimmt diese hohen Anpressdrücke ohne
einer Beschädigung
desselben und ohne einem Verlust der elektrischen Kontaktierung vorteilhaft
zuverlässig
auf.
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Obwohl
die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele
vorstehend beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern
auf vielfältige
Weise modifizierbar.