DE102005019802B4

DE102005019802B4 - Vorrichtung zum Übertragen von Signalen von mehreren Sitzkontaktschaltern mehrerer Kraftstoffeinspritzventile

Info

Publication number: DE102005019802B4
Application number: DE200510019802
Authority: DE
Inventors: Joachim Dr. Frank; Manfred Weigl; Jörg WONESCH
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2005-04-28
Filing date: 2005-04-28
Publication date: 2008-09-11
Anticipated expiration: 2025-04-29
Also published as: DE102005019802A1

Abstract

Vorrichtung zum Übertragen von Signalen von mehreren Sitzkontaktschaltern (8; 27, 28, 29, 30) mehrerer Kraftstoffeinspritzventile (1; 23, 24, 25, 26) für eine Brennkraftmaschine,
mit einer Steuerung (22) zum Erfassen von Schaltzuständen der mehreren Sitzkontaktschalter (8; 27, 28, 29, 30), wobei die Steuerung (22) einen Signaleingang (37) aufweist, der mit den mehreren Sitzkontaktschaltern (8; 27, 28, 29, 30) verbunden ist,
mit Impedanzen (31, 32, 33, 34), die mit den mehreren Sitzkontaktschaltern (8; 27, 28, 29, 30) verbunden sind, wobei den Sitzkontaktschaltern (8; 27, 28, 29, 30) jeweils eine der Impedanzen (31, 32, 33, 34) zugeordnet ist,
wobei die Kraftstoffeinspritzventile (1; 23, 24, 25, 26) jeweils einen Stecker (41) mit einem Anschluss zum Anschließen einer Signalleitung aufweisen und die dem Sitzkontaktschalter (8; 27, 28, 29, 30) des jeweiligen Kraftstoffeinspritzventiles (1; 23, 24, 25, 26) zugeordnete Impedanz (31, 32, 33, 34) in dem Stecker (41) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Übertragen von Signalen von mehreren Sitzkontaktschaltern mehrerer Kraftstoffeinspritzventile für eine Brennkraftmaschine.
Bei einem Kraftstoffeinspritzventil für eine Brennkraftmaschine ist es wichtig, die einzuspritzende Kraftstoffmenge sehr genau zu bemessen, um einen einwandfreien und effektiven Betrieb der Brennkraftmaschine und einen möglichst geringen Kraftstoffverbrauch zu erzielen. Aus diesem Grund werden Kraftstoffeinspritzventile mit einer Ventilnadel eingesetzt, die in einem Düsenkörper geführt ist und durch deren Hub innerhalb des Düsenkörpers die Düsen des Kraftstoffeinspritzventiles geöffnet und geschlossen werden. Der Hub der Ventilnadel wird mittels eines Stellgliedes erzeugt, dass entsprechend angesteuert wird. Als Stellglied wird insbesondere ein Piezoaktor verwendet, der sich je nach an ihm anliegender Spannung ausdehnt.
Zur Regelung des Einspritzvorganges ist es möglich, den Hub der Ventilnadel zu erfassen. Die Deutsche Patentanmeldung DE 103 19 329 A1 beschreibt ein Kraftstoffeinspritzventil, in das ein Sitzkontaktschalter und insbesondere ein Doppelschalter integriert ist, der einerseits den geschlossenen Zustand des Kraftstoffeinspritzventiles, d. h. denjenigen Zustand, in dem sich die Ventilnadel in ihrer unteren Position befindet, und andererseits den geöffneten Zustand des Kraftstoffeinspritzventiles anzeigt, d. h. denjenigen Zustand, in dem sich die Ventilnadel in ihrer oberen Position befindet. Über eine Signalleitung ist der Doppelschalter mit einer Steuerung verbunden, die die Signale des Doppelschalters zur Regelung des Einspritzvorganges verarbeitet.
Üblicherweise werden zum Betrieb einer Brennkraftmaschine, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, mehrere Kraftstoffeinspritzventile eingesetzt, die mehreren Zylindern der Brennkraftmaschine zugeordnet sind. Zur Regelung der Einspritzmengen der mehreren Einspritzventile müssen diese somit jeweils eigenständig mit einer Steuerung, die entsprechend geeignete Regelsignale erzeugt, verbunden sein. Dies erfordert einen hohen Verkabelungsaufwand.
Weiter ist aus der WO 2005/010 335 A2 eine Schaltungsanordnung zum Betreiben einer Injektoranordnung bekannt, bei der mittels eines elektrisch ansteuerbaren Aktors betätigbare Kraftstoffventile einen Kontaktschalter aufweisen, der eine Stellung eines Kraftstoffventilkörpers repräsentiert.
Darüber hinaus ist aus der DE 30 21 397 A1 eine Zündanordnung für Brennkraftmaschinen mittels Kraftstoffeinspritzventilen bekannt. Dort ist ein Kontaktschalter der Kraftstoffeinspritzventile jeweils mit einem Widerstand und einem Komparator in Reihe verbunden, wobei Komparatorausgänge in einem Signalausgang zusammengefasst sind und ein Signal zum Einleiten eines elektrischen Zündfunkens liefern können.
Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein einfaches, aufwandsarmes und sicheres Übertragen von Signalen von mehreren Sitzkontaktschaltern mehrerer Kraftstoffeinspritzventile zu gewährleisten.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Steuerung zum Erfassen von Schaltzuständen der mehreren Sitzkontaktschalter vorhanden, wobei die Steuerung einen Signaleingang hat, der mit den mehreren Sitzkontaktschaltern verbunden ist. Unter Sitzkontaktschalter ist dabei insbesondere ein Schalter zu verstehen, der abhängig davon, ob das Kraftstoffeinspritzven til geöffnet oder geschlossen ist, geöffnet oder geschlossen ist, so dass mittels des Sitzkontaktschalters der Schließzustand des Kraftstoffeinspritzventils feststellbar ist. Der Sitzkontaktschalter kann vorteilhafterweise Teil eines Doppelschalters sein, mit dem sich sowohl feststellen lässt, dass das Einspritzventil geschlossen ist, als auch feststellen lässt, dass das Einspritzventil einen vollständigen Öffnungszustand erreicht hat.
Dadurch, dass erfindungsgemäß mehrere Sitzkontaktschalter auf einen gemeinsamen Signaleingang der Steuerung geführt sind, können vorteilhafterweise der Verkabelungsaufwand zum Anschließen der Sitzkontaktschalter an die Steuerung und dementsprechend die Anzahl der Anschlüsse an der Steuerung gering gehalten werden. Es ist möglich, die mehreren Sitzkontaktschalter mit Signalleitungen zu versehen, die an einer Verbindungsstelle gebündelt oder zusammenführt werden. Ausgehend von dieser Verbindungsstelle kann dann eine gemeinsame Verbindung zu dem Signaleingang der Steuerung vorhanden sein. Die Verbindungsstelle kann vorteilhafterweise in unmittelbarer Nähe, insbesondere an den Kraftstoffeinspritzventilen angeordnet sein, um die Entfernung von den Sitzkontaktschaltern zu der Verbindungsstelle, und damit die Länge der Einzelsignalleitungen, kurz zu halten. Dies minimiert den Verkabelungsaufwand auf besondere Weise.
Es ist allerdings ebenfalls möglich, die Verbindungsstelle beispielsweise auf einer Leiterplatte vorzusehen, auf der auch die Steuerung vorhanden ist. Dies hat den Vorteil, dass das Zusammenführen der einzelnen Signalleitungen von den Sitzkontaktschaltern zu der gemeinsamen Verbindung in einem vor Staub, Dreck, Öl und anderen schädlichen Umwelteinflüssen geschützten Bereich, insbesondere einem Gehäuse, erfolgen kann. Es ist des Weiteren aber auch möglich, die Verbindungsstelle in einem Kabelbaum vorzusehen, der zu der Brennkraftmaschine geführt ist.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung weist die erfindungsgemäße Vorrichtung Impedanzen auf, die mit den mehreren Sitzkontaktschaltern verbunden sind. Dabei ist den Sitzkontaktschaltern jeweils eine der Impedanzen zugeordnet. Dadurch kann auf besonders einfache Weise vorteilhafterweise ein sicheres Erfassen der Schaltzustände der Sitzkontaktschalter gewährleistet werden.
Einfachheitshalber ist die Steuerung so ausgestaltet, dass sie die Impedanzen zum Erfassen von Änderungen der Schaltzustände der Sitzkontaktschalter benutzt. Darüber hinaus kann die Steuerung so ausgestaltet sein, dass sie die Impedanzen zum Zuordnen der erfassten Änderungen der Schaltzustände zu den Sitzkontaktschaltern benutzt. Dies gewährleistet ein be sonders sicheres und effektives Regeln des Einspritzvorganges mittels der Steuerung.
Besonders bevorzugt weisen die Kraftstoffeinspritzventile jeweils ein ansteuerbares Stellglied zum Öffnen und Schließen des jeweiligen Kraftstoffeinspritzventiles auf. Die Steuerung ist dabei so ausgestaltet, dass sie das Zuordnen der erfassten Änderungen der Schaltzustände zu den Sitzkontaktschaltern mittels jeweiliger Ansteuersignale zum Ansteuern der jeweiligen Stellglieder vornimmt. Dadurch kann ein besonders sicheres Zuordnen einer Änderung eines Schaltzustandes zu einem der Sitzkontaktschalter gewährleistet werden. Dies gilt vor allem auch dann, wenn die Impedanzen den gleichen oder annähernd den gleichen Wert haben.
Gemäß einer weiteren, bevorzugten Weiterbildung der Erfindung sind die Impedanzen mit jeweils einem der Sitzkontaktschalter in Reihe geschaltet. Dadurch kann gewährleistet werden, dass ein einwandfreies Erfassen der Schaltzustände gegeben ist und ein geschlossener Sitzkontaktschalter nicht zum Überbrücken der anderen Sitzkontaktschalter führt.
In einer weiteren, besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Steuerung so ausgestaltet, dass sie eine Änderung einer Gesamtimpedanz einer Parallelschaltung der Impedanzen erfasst. Insbesondere, wenn die Impedanzen mit den zugeordneten Sitzkontaktschaltern in Reihe geschaltet sind, verändert sich somit die Gesamtimpedanz der Parallelschaltung, wenn einer oder mehrere der Sitzkontaktschalter geöffnet werden. Sind die Werte der Einzelimpedanzen bekannt, so sind bei einer solchen Parallelschaltung der Impedanzen auch deren jeweilige Gesamtimpedanzen für die verschiedenen Fälle von geöffneten Sitzkontaktschaltern bekannt. Auf diese Weise kann somit besonders einfach eine Änderung eines Schaltzustandes wenigstens eines der Sitzkontaktschalter und gegebenenfalls eine Zuordnung der Änderung zu dem betreffenden Sitzkontaktschalter erfolgen.
Besonders vorteilhaft haben die Impedanzen unterschiedliche Werte. Dadurch ist auf einfache Weise ein Zuordnen von Schaltzustandsänderungen zu den Sitzkontaktschaltern möglich.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weisen die Impedanzen ohmsche Widerstände auf. Dadurch können die Impedanzen besonders einfach und kostengünstig realisiert werden. Es ist aber auch möglich, zusätzlich oder alternativ Kapazitäten und/oder Induktivitäten in den Impedanzen vorzusehen. In diesem Fall würde eine solche Impedanz eine bestimmte Grenz- oder Resonanzfrequenz bevorzugen mittels der eine Änderung eines Schaltzustandes und gegebenenfalls auch eine Zuordnung des Sitzkontaktschalters feststellbar ist, dessen Schaltzustand sich geändert hat.
Besonders bevorzugt weisen die Kraftstoffeinspritzventile jeweils einen Stecker mit einem Anschluss zum Anschließen einer Signalleitung auf. Dabei ist die dem Sitzkontaktschalter des jeweiligen Kraftstoffeinspritzventiles zugeordnete Impedanz einfachheitshalber in dem Stecker angeordnet.
In einer weiteren, besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weisen die Kraftstoffeinspritzventile jeweils einen Anschluss zum Verbinden der einzelnen Kraftstoffeinspritzventile miteinander auf, an den die dem Sitzkontaktschalter des jeweiligen Kraftstoffeinspritzventiles zugeordnete Impedanz angeschlossen ist. Dadurch kann unmittelbar an den Kraftstoffeinspritzventilen die Verbindungsstelle eingerichtet sein. Es kann somit eine Überbrückungsleitung von Einspritzventil zu Einspritzventil vorgesehen werden.
Der Anschluss zum Verbinden der Kraftstoffeinspritzventile miteinander ist einfachheitshalber in dem Stecker des Kraftstoffeinspritzventiles angeordnet. Dies ist besonders praktisch und platzsparend.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung entnehmbar.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnung angegebenen Beispiele und Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen dabei:
1 einen Längsschnitt durch einen düsenseitigen Teil eines schematischen Beispieles eines Kraftstoffeinspritzventiles;
2 ein elektrisches Ersatzschaltbild eines Ausführungsbeispieles einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit ohmschen Widerständen als Impedanzen;
3 ein elektrisches Ersatzschaltbild des Ausführungsbeispiels nach 2 mit Impedanzen, die Kapazitäten und Induktivitäten aufweisen;
4 eine schematische Darstellung eines Kraftstoffeinspritzventiles mit einem Stecker zum Anschließen des Kraftstoffeinspritzventiles an eine externe Steuerung;
5 ein Beispiel einer schematischen Darstellung eines Teils des Steckers gemäß 4 mit darin angeordnetem Widerstand;
6 anhand zweier Längsschnitte (a) und (b) ein weiteres schematisch dargestelltes Beispiel eines Kraftstoffeinspritzventiles.
In den Figuren der Zeichnung sind gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente und Signale – sofern nichts anderes angegeben ist – mit denselben Bezugszeichen versehen worden.
1 zeigt im Längsschnitt beispielhaft ein piezoelektrisch angetriebenes Kraftstoffeinspritzventil 1, das, zusammen mit anderen Piezo-Einspritzventilen, in an sich bekannter Weise mit einem nicht dargestellten zentralen Druckspeicher (Common Rail) für Diesel-Kraftstoff verbindbar ist und dessen elektrische Ansteuerung mittels eines externen Steuergerätes, ECU, erfolgt. Ein Piezo-Aktor 2 dient als Stellglied, mit dem eine Ventilnadel 3 bewegt wird, um das Einspritzventil 1 zu öffnen und zu schließen. In geöffnetem Zustand des Einspritzventils 1 wird Kraftstoff in einen dem Einspritzventil 1 zugeordneten Brennraum eingespritzt. Die Länge des Piezo-Aktors 2 verändert sich abhängig von seinem Ladezustand. Diese Längenänderungen bewirken ein Verschieben der Ventilnadel 3 nach oben und unten. Das gewünschte Laden und Entladen des Piezo-Aktors 2 wird durch ein entsprechendes Anlegen einer elektrischen Spannung an den Piezo-Aktor 2 gesteuert. Der Piezo-Aktor 2 selbst befindet sich üblicherweise in einem oberen Teil des Einspritzventiles 1.
Ein in der 1 dargestellter unterer Teil des Einspritzventils 1 ist hauptsächlich aus elektrisch leitenden Materialien hergestellt und bezüglich einer Ventilachse 4 rotationssymmetrisch ausgebildet. Das Einspritzventil 1 weist einen Düsenkörper 5 auf, an dessen Düsenöffnung 6 ein Ventilsitz 7 ausgebildet ist, auf welchem die Ventilnadel 3 sitzt, die zusammen mit dem Ventilsitz 7 einen bei geschlossenem Ventil geschlossenen und bei geöffnetem Ventil offenen Sitzkontaktschalter 8 bildet.
Die Ventilnadel 3 ist in ihrem oberen, im Querschnitt vergrößerten Abschnitt eng im Düsenkörper 5 geführt, wobei in an sich bekannter Weise eine Isolierschicht zwischen diesem Abschnitt der Ventilnadel 3 und dem Düsenkörper 5 vorgesehen ist. Am Übergang des oberen zum unteren, im Querschnitt verengten Abschnitts der Ventilnadel 3 ist eine (über einen nicht dargestellten Zulauf) mit Kraftstoff versorgte Hoch druckkammer 9 vorgesehen, von der aus die Zuführung von Kraftstoff entlang der Ventilnadel 3 über den Ventilsitz 7, zur Düsenöffnung 6 hin erfolgen kann. Dadurch ist entlang des unteren Abschnittes der Ventilnadel 3 im Normalfall bereits eine ausreichende Isolierung zum Düsenkörper 5 gegeben.
Die obere Endfläche der Ventilnadel 3 grenzt an eine Zwischenscheibe 10, die bei dieser Ausführungsform einen düsenseitigen Hochdruckbereich des Kraftstoff-Einspritzventils von einem ventilseitigen Niederdruckbereich trennt und die mit den darüber und darunter angeordneten weiteren Bereichen des Düsenkörpers 5 elektrisch leitend verbunden ist. Oberhalb der Zwischenscheibe 10 ist in einem Ventilkörper 11 ein stirnseitig offener Federraum 12 ausgespart, in dem eine Düsenhaltefeder 13 angeordnet ist. Die Düsenhaltefeder 13 stützt sich nach unten hin auf die Oberseite eines als T-Stück ausgebildeten Hubeinstellbolzens 14 ab, der durch eine Bohrung im Zwischenstück 10 hindurchgeführt ist und mit seiner Unterseite auf die obere Endfläche der Ventilnadel 3 drückt. Gegenüberliegend stützt sich die Düsenhaltefeder 13 an einer gegenüber dem Ventilkörper 11 isoliert angeordneten Einstellscheibe 15 ab, die durch eine nach außen führende Bohrung mit einem gegenüber dem Ventilkörper 11 isolierten Anschlusskontakt 16 elektrisch verbunden ist.
Axial durch die Düsenhaltefeder 13 hindurch ist ein Steuerkolben 17 geführt, der mit einem Ende auf die Oberseite des Hubeinstellbolzens 14 drückt und mit dem gegenüberliegenden Ende in den oberen Teil des Ventilkörpers 11 hineinreicht. Auf dieses gegenüberliegende Ende des Steuerkolbens 17 wirkt der Piezo-Aktor 2, was in der 1 durch einen Pfeil 18 angedeutet ist.
Die in den mechanisch-hydraulischen Aspekten an sich bekannte Funktionsweise dieser Konstruktion beruht darauf, dass, solange das Ventil nicht angesteuert wird, der hohe Kraft stoffdruck gleichzeitig an der Spitze der Ventilnadel 3 und in einem an der oberen Endfläche des Steuerkolbens 17 angeordneten Steuerraum anliegt, sich dort, wegen der größeren Fläche, jedoch mit einer größeren wirksamen Druckkraft äußert und somit das Ventil schließt. Wird das Ventil angesteuert, so öffnet der sich ausdehnende Piezo-Aktor 2 einen Kraftstoffrücklauf vom Steuerraum, wodurch der Druck an der Spitze der Ventilnadel 3 das Übergewicht erhält, die Ventilnadel 3 nach oben drückt und das Servoventil öffnet.
Wie in 1 erkennbar, ist der Querschnitt des oberen Abschnittes der Ventilnadel 3 etwas größer als der Querschnitt der in der Zwischenscheibe 10 für den Hubeinstellbolzen 14 vorgesehenen Bohrung. Auf diese Weise ist an der oberen Endfläche der Ventilnadel 3 eine axiale Ringschulter gebildet, der eine an der Unterseite der Zwischenscheibe 10 ausgebildete Gegenschulter als Anschlagfläche zugeordnet ist. Dadurch ist ein Anschlagschalter 19 gebildet. Im dargestellten Zustand liegt die Ringschulter an der Gegenschulter an: der Anschlagschalter 19 ist geschlossen, der Sitzkontaktschalter 8 und das Ventil sind geöffnet.
Die Ventilnadel 3 und der Düsenkörper 5 des beschriebenen Einspritzventiles bilden einen Doppelschalter, der wie folgt wirkt: Schalter 8 setzt sich zusammen aus der Spitze der Ventilnadel 3 und dem Ventilsitz 7, Schalter 19 aus dem ventilseitigen Ende der Ventilnadel 3 und der zugeordneten Anschlagfläche an der Unterseite der Zwischenscheibe 10. Schalter 8 ist geschlossen bei nicht angesteuertem Ventil und offen bei angesteuertem Ventil. Schalter 19 ist in seiner Funktion invers zu Schalter 1, wobei nach dem Umschalten von Sitzkontaktschalter 8 bis zum Schließen von Anschlagschalter 19, sowie nach dem Öffnen von Anschlagschalter 19 bis zum Schließen von Sitzkontaktschalter 8, eine zeitliche Verzögerung auftritt, die jeweils exakt der Ventilnadelbewegungsdauer entspricht. Dies bedeutet, dass in einem vom Doppelschalter gelieferten elektrischen Signal zwischen dem Zeitpunkt T1, in dem Schalter 8 geöffnet wird, und dem Zeitpunkt T2, in dem Schalter 19 geschlossen wird, beide Schalter geöffnet sind. Bei kurzer Ansteuerdauer, d. h. wenn der Schließvorgang bereits vor Auftreffen der Ventilnadel 3 auf der Zwischenscheibe 10 eingeleitet wird, befindet sich die Ventilnadel 3 im rein ballistischen Betrieb und Anschlagschalter 19 kann nicht schließen.
Um ein elektrisches Signal zu erhalten, mit dem die Zustände erfassbar sind, in denen die Schalter 8 und 19 geöffnet und geschlossen werden, ist der Düsenkörper 5 auf Masse-Potential gelegt und der Anschlusskontakt 16 über einen Messwiderstand 20 mit einer Spannungsquelle 21 verbunden (2). Dabei ist ein hoher Spannungsabfall an dem Messwiderstand 20 messbar, wenn Schalter 8 oder wenn Schalter 19 geschlossen sind, wenn die Ventilnadel 3 also entweder auf dem Ventilsitz 7 aufsitzt oder an der Zwischenscheibe 10 anschlägt und so jeweils den Stromfluss ermöglicht. Die Spannung wird der Einstellscheibe 10 der Düsenhaltefeder 13 zugeführt und über die Düsenhaltefeder 15 zur Ventilnadel 3 weitergeleitet.
Dabei ist zu beachten, dass alle stromführenden Teile außer den Kontaktstellen ausreichend gut gegenüber dem Düsenkörper 5 isoliert sind. Dies wird durch eine Isolationsschicht gewährleistet, die neben einer hohen Abriebfestigkeit auch einen niedrigen elektrischen Leitwert besitzt und sich daher auch als Isolationsschicht hervorragend eignet. Diese muss insbesondere an den Stellen der Einstellscheibe 10 und des Hubeinstellbolzens 14 vorgesehen werden und an der Ventilnadel 3 an der Stelle, an der eine Engführung zum Düsenkörper 5 hin besteht.
2 zeigt ein elektrisches Ersatzschaltbild eines Ausführungsbeispieles einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Übertragen von Signalen. In der 2 ist eine Steuerung 22 dargestellt, die hier eine Steuerung zum Erfassen von Schaltzuständen von mehreren Sitzkontaktschaltern mehrerer Kraftstoffeinspritzventile ist. In dem Ausführungsbeispiel gemäß der 2 sind vier Kraftstoffeinspritzventile 23, 24, 25 und 26 schematisch gezeigt. Diese Einspritzventile 23, 24, 25, 26 können prinzipiell so aufgebaut sein, wie das Kraftstoffeinspritzventil 1 gemäß der 1. Insbesondere enthalten sie Schalter 27, 28, 29 und 30, mit denen sich feststellen lässt, ob die Einspritzventile 23, 24, 25, 26 geöffnet oder geschlossen sind. Die Schalter 27, 28, 29, 30 entsprechen somit in ihrer Funktion jeweils dem Schalter 8 des Kraftstoffeinspritzventiles 1. Es ist aber auch möglich, statt der einfachen Schalter 27, 28, 29, 30 Doppelschalter vorzusehen, wie sie den Schaltern 8 und 19 des Kraftstoffeinspritzventiles 1. entsprechen.
Mit den Schaltern 27, 28, 29, 30 stehen Anschlusskontakte in Verbindung, die jeweils dem Anschlusskontakt 16 entsprechen und zum Anschließen an die Steuerung 22 aus den Einspritzventilen 23, 24, 25, 26 herausgeführt sind. An diese Anschlusskontakte der Einspritzventile 23, 24, 25, 26 sind Impedanzen 31, 32, 33 und 34 angeschlossen. Die Impedanzen 31, 32, 33, 34 sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel nach 2 einfachheitshalber ohmsche Widerstände. Die Impedanzen 31, 32, 33, 34 sind dann an ihren anderen Anschlüssen an einem Verbindungsknoten 35 miteinander verbunden und an eine Signalleitung 36 angeschlossen, die zu einem Signaleingang 37 der Steuerung 22 geführt ist. Die Signalleitung 36 ist über den Signaleingang 37 und den Messwiderstand 20 mit der Spannungsquelle 21 verbunden. Der Messwiderstand 20 und die Spannungsquelle 21 sind hier in der Steuerung 22 angeordnet.
Die 2 zeigt, dass der Signaleingang 37 mit den mehreren Schaltern 27, 28, 29, 30 und damit mit den Einspritzventile 23, 24, 25, 26 verbunden ist. Die Steuerung 22 benötigt somit nur einen einzigen Signaleingang, nämlich den Signaleingang 37, zum Empfangen eines Signales, das Informationen ü ber eine Änderung eines Schaltzustandes (geöffnet oder geschlossen) eines der Schalter 27, 28, 29, 30 enthält.
Die Steuerung 22 enthält eine Auswerteeinheit 38, mittels der sich die über dem Messwiderstand 20 abfallende Spannung messen und damit bestimmen lässt. In 2 ist das abgreifen der Spannung an dem Messwiderstand durch die Auswerteeinheit 38 lediglich schematisch angedeutet. Diese am Messwiderstand 20 abfallende Spannung ist abhängig von dem Gesamtwiderstand der Parallelschaltung der Impedanzen 31, 32, 33, 34. Dieser Gesamtwiderstand ändert sich in Abhängigkeit davon, ob die Schalter 27, 28, 29, 30 geöffnet oder geschlossen sind. Ist der jeweilige Schalter 27, 28, 29 oder 30 geschlossen, so ist die mit ihm in Verbindung stehende Impedanz Teil der Parallelschaltung. Ist der jeweilige Schalter 27, 28, 29 oder 30 geöffnet, so ist die mit ihm in Verbindung stehende Impedanz nicht Teil der Parallelschaltung und trägt somit nicht zur Bildung des Gesamtwiderstandes bei.
Die Auswerteeinheit 38 ist so ausgestaltet, dass sie aufgrund der Bestimmung der Spannung an dem Messwiderstand 20 feststellen kann, ob sich der Gesamtwiderstand der Parallelschaltung der Impedanzen 31, 32, 33, 34 geändert hat. Sie ist des Weiteren so ausgestaltet, dass sie feststellen kann, welcher der Schalter 27, 28, 29 oder 30 seinen Schaltzustand geändert hat. Dies ergibt sich daraus, dass die Werte der Impedanzen 31, 32, 33, 34 bekannt sind. Diese Werte können entweder gleich oder unterschiedlich sein.

Sind die Werte der Impedanzen gleich, so ist auch der Gesamtwiderstand ihrer Parallelschaltung gleich, wenn jeweils einer der zugeordneten Schalter 27, 28, 29, 30 geöffnet ist. Dabei ist vorausgesetzt, dass immer nur jeweils einer der Schalter 27, 28, 29, 30 geöffnet ist. Dies verdeutlicht die folgende Tabelle 1:

Einspritzventil	Impedanz [Ω]	Gesamtimpedanz [Ω], wenn alle Schalter geschlossen	Gesamtimpedanz [Ω], wenn
Einspritzventil	Impedanz [Ω]	Gesamtimpedanz [Ω], wenn alle Schalter geschlossen	Schalter 27 geöffnet	Schalter 28 geöffnet	Schalter 29 geöffnet	Schalter 30 geöffnet
23	1000	250	333	333	333	333
24	1000	250	333	333	333	333
25	1000	250	333	333	333	333
26	1000	250	333	333	333	333

Tab. 1

In diesem Fall lässt sich somit durch die Auswerteeinheit 38 im Vergleich zu dem Zustand, in dem alle Schalter geschlossen sind, eine Spannungsverringerung am Messwiderstand 20 erfassen, wenn einer der Schalter 27, 28, 29, 30 geöffnet ist, da sich dann die Gesamtimpedanz der Parallelschaltung erhöht. Eine exakte Zuordnung, welcher der Schalter 27, 28, 29, 30 geöffnet ist, lässt sich mittels der Impedanzen allein allerdings nicht vornehmen. Eine solche Zuordnung ist allerdings möglich, wenn die Auswerteeinheit 38 zusätzlich Ansteuersignale berücksichtigt, die die Steuerung 22 zum Öffnen der Einspritzventile 23, 24, 25, 26 den jeweiligen Piezo-Aktoren der Einspritzventile 23, 24, 25, 26 zuleitet.
Zum Erzeugen dieser Ansteuersignale enthält die Steuerung 22 eine Erzeugungseinheit 39, die über Ansteuerleitungen mit Ansteuerkontakten der Piezo-Aktoren der Einspritzventile 23, 24, 25, 26 verbunden ist.
Sind die Werte der Impedanzen nicht gleich, so ist auch der Gesamtwiderstand ihrer Parallelschaltung nicht gleich, wenn jeweils einer der zugeordneten Schalter 27, 28, 29, 30 geöffnet ist. Dabei ist auch hier vorausgesetzt, dass immer nur jeweils einer der Schalter 27, 28, 29, 30 geöffnet ist.

Dies verdeutlicht die folgende Tabelle 2:

Einspritzventil	Impedanz [Ω]	Gesamtimpedanz [Ω], wenn alle Schalter geschlossen	Gesamtimpedanz [Ω], wenn
Einspritzventil	Impedanz [Ω]	Gesamtimpedanz [Ω], wenn alle Schalter geschlossen	Schalter 27 geöffnet	Schalter 28 geöffnet	Schalter 29 geöffnet	Schalter 30 geöffnet
23	1000	480	923	632	571	545
24	2000	480	923	632	571	545
25	3000	480	923	632	571	545
26	4000	480	923	632	571	545

Tab. 2

In diesem Fall lässt sich durch die Auswerteeinheit 38 im Vergleich zu dem Zustand, in dem alle Schalter geschlossen sind, ebenfalls eine Spannungsverringerung am Messwiderstand 20 erfassen, wenn einer der Schalter 27, 28, 29, 30 geöffnet ist, da sich dann die Gesamtimpedanz der Parallelschaltung im Vergleich erhöht. Diesmal lässt sich allerdings auch eine exakte Zuordnung, welcher der Schalter 27, 28, 29, 30 geöffnet ist, mittels der Impedanzen vornehmen. Wie sich aus Tabelle 2 ergibt, ist die resultierende Gesamtimpedanz abhängig davon, welcher der Schalter 27, 28, 29, 30 geöffnet ist, unterschiedlich. Daraus ergibt sich, dass die am Messwiderstand 20 anliegende Spannung ebenfalls abhängig davon, welcher der Schalter 27, 28, 29, 30 geöffnet ist, unterschiedlich ist.
3 zeigt ein elektrisches Ersatzschaltbild des Ausführungsbeispiels nach 2 hier allerdings mit Impedanzen 31, 32, 33, 34, die jeweils eine Kapazität und eine Induktivität aufweisen. Die Kapazität und die Induktivität der je weiligen Impedanzen 31, 32, 33, 34 sind in Reihe geschaltet. Die Impedanzen 31, 32, 33, 34 beinhalten Schwingkreise, deren Resonanzfrequenzen spezifisch für das jeweils zugeordnete Einspritzventil 23, 24, 25, 26 festgelegt sind. Diese für die Einspritzventile 23, 24, 25, 26 charakteristischen Resonanzfrequenzen können zum Erfassen von Änderungen von Schaltzuständen der Einspritzventile 23, 24, 25, 26 verwendet werden.
Neben den in den 2 und 3 gezeigten Ausführungen der Impedanzen sind beliebige Ausgestaltungen der Impedanzen mit ohmschen Widerständen, Kapazitäten und/oder Induktivitäten möglich.
4 zeigt eine schematische Frontdarstellung eines Kraftstoffeinspritzventiles. Dieses Kraftstoffeinspritzventil kann beispielsweise das Kraftstoffeinspritzventil 1 gemäß der 1 sein, denkbar wären aber auch andere Ausführungsvarianten. Das Kraftstoffeinspritzventil 1 weist hier einen Stecker 41 zum Anschließen des Kraftstoffeinspritzventiles 1 an eine externe Steuerung auf. Die externe Steuerung kann beispielsweise die Steuerung 22 gemäß des Ausführungsbeispiels nach 2 sein. Der Stecker 41 enthält zwei Kontaktzungen 42 und 43, Kontaktstifte, Kontaktpins oder dergleichen, die über Verbindungsleitungen mit dem Piezoelement verbunden sein können. Ferner ist eine weitere Kontaktzunge 47 (Kontaktstift) vorgesehen, der mit einer nicht dargestellten Signalleitung, insbesondere ein Kabel, verbunden sein kann. Diese Signalleitung kann dabei zum Ausgestalten des Verbindungsknotens 35 (2) beitragen. Beispielsweise kann eine solche Signalleitung 36 eine Überbrückungsverbindung zu einer Kontaktzunge eines Steckers eines anderen Einspritzventiles schaffen, das mit dem hier dargestellten Einspritzventil 1 gemeinsam an die externe Steuerung 22 angeschlossen wird.
Zusätzlich oder alternativ wäre es auch denkbar, die Signalleitung 36 an eine der Kontaktzungen 42 und 43 (2) anzuschließen. Die jeweils andere der Kontaktzungen 42 und 43 kann mit Masse versorgt werden.
5 zeigt schematisch ein Beispiel einer Darstellung eines Teils des Steckers 41 gemäß 4 mit einem darin angeordneten hochohmigen Widerstand 40. Der hochohmige Widerstand 40, der vorzugsweise größer als 100 kΩ und besonders bevorzugt etwa 200 kΩ beträgt, dient dazu, zu vermeiden, dass die Piezoaktoren der Einspritzventile beispielsweise durch Temperaturänderungen statisch aufgeladen werden. Der Widerstand 40 ist mit seinen Kontaktenden an Anschlusskontakten 44 und 45 befestigt, insbesondere verschweißt. Der Anschlusskontakt 44 ist dabei mit der Kontaktzunge 42 und der Anschlusskontakt 45 mit der Kontaktzunge 43 in elektrischer Verbindung.
Zusätzlich oder alternativ zu dem Widerstand 40 kann in dem Stecker 41 auch die dem Einspritzventil zugeordnete Impedanz zum Anschließen an den gemeinsamen Verbindungsknoten 35 (2) angeordnet sein. Beispielhaft ist in der 5 eine solche Impedanz 46 dargestellt, die hier lediglich beispielhaft als Kondensator ausgebildet ist, die aber auch als Widerstand, als Induktivität oder dergleichen ausgebildet sein kann. Diese Impedanz 46 ist über eine Verbindungsleitung (Signalleitung 36) mit der Kontaktzunge 47 (Kontaktstift) verbunden, was in der 5 mit dem schraffierten Element dargestellt wurde.
Beispielsweise mittels der an einem Stecker, wie dem Stecker 41, angeschlossenen Signalleitungen zum Realisieren von Überbrückungsverbindungen von einem der Einspritzventile zu einem nächsten kann auf zusätzliche Signalleitungen, die die jeweiligen Einspritzventile an den gemeinsamen Verbindungsknoten anschließen, verzichtet werden. Dadurch kann vorteilhafterweise die Benutzung von Material, vor allem der Verka belungsaufwand, gering gehalten werden. Die gemeinsame Signalleitung zu der externen Steuerung kann besonders nahe an dem Einspritzventil angebracht werden.
Erfindungsgemäß ist es vorteilhafterweise möglich, eine gute Überwachung der Isolation innerhalb der Einspritzventile, beispielsweise zwischen Ventilnadel und Düsenkörper, zu gewährleisten.
Die Bündelung, d. h. das Zusammenschalten, der Signalleitungen der verschiedenen Einspritzventile vor dem Anschließen an die Steuerung kann vorteilhafterweise bankweises erfolgen. Bankweise bedeutet hier, dass mehrere Einspritzventile zusammen an eine gemeinsame Ausgangstreiberschaltung angeschlossen sind. Dies gilt insbesondere in dem Fall, in dem mehr Zylinder in der Brennkraftmaschine vorhanden sind, als mittels einer Ausgangstreiberschaltung angesteuert werden können.
6 zeigt ein weiteres schematisch dargestelltes Beispiel eines Kraftstoffeinspritzventils. In 6 sind dabei zwei Längsschnitte durch dasselbe Kraftstoffeinspritzventil dargestellt, wobei 6b einen mehr oder weniger mittigen Längsschnitt durch das Kraftstoffeinspritzventil im Bereich der Ventilnadel zeigt und 6a einen entsprechenden, etwas lateral davon beabstandeten Längsschnitt zeigt.
Im Unterschied zu der 1 erfolgt in dem Ausführungsbeispiel in der 6 die elektrische Kontaktierung des Kraftstoffeinspritzventils für die Einkopplung der Versorgungsspannung und der Steuersignale von oben über den Anschlusskontakt 16. Dieser Anschlusskontakt 16 kann zum Beispiel mit einem Stecker verbunden sein, beispielsweise mit dem anhand der 4 dargestellten Stecker 41, der neben den beiden Kontaktzungen 42, 43 auch die mit der Signalleitung 36 verbundene dritte Kontaktzunge 47 beinhalten kann. Diese Variante der elektrischen Kontaktierung in 6 hat sich ins besondere aus montagetechnischen Gründen, aber auch aus wartungstechnischen Gründen als besonders vorteilhaft herausgestellt.
Der Anschlusskontakt 16 ist über eine mehr oder weniger senkrecht verlaufende und nach außen elektrisch isolierte Verbindungsleitung 48 (dunkel dargestellt) mit einem Stift 49 verbunden. Der Stift 49 ist mit einem T-förmigen Bauteil 50 elektrisch leitend gekoppelt, so dass das T-förmige Bauteil 50 über den Steueranschluss 12, die Verbindungsleitung 48 sowie über den Stift 49 mit einem elektrischen Potenzial beaufschlagbar ist. Das T-förmige Bauteil ist wiederum mit der Düsenhaltefeder 15 gekoppelt, über die der Ventilnadel 3 somit, wie bereits oben anhand des Ausführungsbeispiels in 1 ausführlich beschrieben wurde, das elektrische Potenzial oder eine entsprechenden Spannung zugeführt wird.
Der wesentliche Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel in 1 besteht hier darin, dass in 1 die Einkopplung der elektrischen Spannung auf die Ventilnadel 3 mittels eines elektrischen Reibkontaktes erfolgt. In dem Ausführungsbeispiel in der 6 hingegen ist das T-förmige Bauteil 50 gegenüber den umliegenden Bereichen des Ventilkörpers 11 elektrisch isoliert. Die elektrische Isolierung kann beispielsweise durch eine Aluminiumoxidschicht 51 an den Wänden des T-förmigen Bauteils 50 oder einer beliebig andere Isolationsschicht ausgebildet sein. Die Isolationsschicht wurde in der 6 nur schematisch angedeutet. In dem Ausführungsbeispiel in der 6 erfolgt die Einkopplung der Spannung auf die Ventilnadel 3 – im Unterschied zu dem Beispiel in 1 – somit durch einen direkten elektrischen Kontakt von direkt miteinander in mechanisch fest in Kontakt stehenden Bauteilen, so dass hier ein sehr sicherer und definierter Kontakt gewährleistet ist.
In dem Ausführungsbeispiel in der 6 ist zudem die Konstruktion des Piezo-Aktors 2 sowie dessen Interaktion mit der Ventilnadel 3 deutlicher als in der 1 gezeigt. Der Piezo-Aktor 2 ist ventilseitig mit einem Stößel 51 gekoppelt, welcher wiederum mit einem Steuerventil 52 hydraulisch gekoppelt ist. Zwischen Steuerventil 52 und dem T-förmigen Bauteil 50 befindet sich die Hochdruckkammer 9. Mittels dieses Steuerventils 52 lässt sich die Funktion der Ventilnadel 3 auf sehr elegante und einfache Weise steuern.
An der der Düsenöffnung 6 gegenüberliegenden Seite des Kraftstoffeinspritzventils 1 sind ferner Anschlussflansche für den Kraftstoffeinlass 53 und für den Kraftstoffrückfluss 54 dargestellt. An dieser Seite des Kraftstoffeinspritzventils 1 befindet sich auch Befestigungslaschen 55, an denen das Kraftstoffeinspritzventil 1 entsprechend am Motor befestigt werden kann, wobei der Steueranschluss 16 dennoch von außen zugänglich ist.
Obgleich die vorliegende Erfindung vorstehend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar.
Insbesondere versteht es sich von selbst, dass die gezeigten Ausführungsformen eines Kraftstoffeinspritzventil in den 1 und 6 lediglich beispielhaft zu verstehen sind, die Erfindung jedoch nicht auf diese Ausführungsformen beschränken sollen. Das Gleiche gilt für die beschriebenen Zahlenbeispiele für die Dimensionierung der Impedanzen sowie für die Anzahl, die Art und die Art der Verschaltung der verwendeten Impedanzen.

Claims

Vorrichtung zum Übertragen von Signalen von mehreren Sitzkontaktschaltern (8; 27, 28, 29, 30) mehrerer Kraftstoffeinspritzventile (1; 23, 24, 25, 26) für eine Brennkraftmaschine, mit einer Steuerung (22) zum Erfassen von Schaltzuständen der mehreren Sitzkontaktschalter (8; 27, 28, 29, 30), wobei die Steuerung (22) einen Signaleingang (37) aufweist, der mit den mehreren Sitzkontaktschaltern (8; 27, 28, 29, 30) verbunden ist, mit Impedanzen (31, 32, 33, 34), die mit den mehreren Sitzkontaktschaltern (8; 27, 28, 29, 30) verbunden sind, wobei den Sitzkontaktschaltern (8; 27, 28, 29, 30) jeweils eine der Impedanzen (31, 32, 33, 34) zugeordnet ist, wobei die Kraftstoffeinspritzventile (1; 23, 24, 25, 26) jeweils einen Stecker (41) mit einem Anschluss zum Anschließen einer Signalleitung aufweisen und die dem Sitzkontaktschalter (8; 27, 28, 29, 30) des jeweiligen Kraftstoffeinspritzventiles (1; 23, 24, 25, 26) zugeordnete Impedanz (31, 32, 33, 34) in dem Stecker (41) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (22) so ausgestaltet ist, dass sie die Impedanzen (31, 32, 33, 34) zum Erfassen von Änderungen der Schaltzustände der Sitzkontaktschalter (8; 27, 28, 29, 30) benutzt.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (22) so ausgestaltet ist, dass sie die Impedanzen (31, 32, 33, 34) zum Zuordnen der erfassten Änderun gen der Schaltzustände zu den Sitzkontaktschaltern (8; 27, 28, 29, 30) benutzt.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftstoffeinspritzventile (1; 23, 24, 25, 26) jeweils ein ansteuerbares Stellglied (2) zum Öffnen und Schließen des jeweiligen Kraftstoffeinspritzventiles (1; 23, 24, 25, 26) aufweisen und die Steuerung (22) so ausgestaltet ist, dass sie das Zuordnen der erfassten Änderungen der Schaltzustände zu den Sitzkontaktschaltern (8; 27, 28, 29, 30) mittels jeweiliger Ansteuersignale zum Ansteuern der jeweiligen Stellglieder (2) vornimmt.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Impedanzen (31, 32, 33, 34) mit jeweils einem der Sitzkontaktschalter (8; 27, 28, 29, 30) in Reihe geschaltet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (22) so ausgestaltet ist, dass sie eine Änderung einer Gesamtimpedanz einer Parallelschaltung der Impedanzen (31, 32, 33, 34) erfasst.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Impedanzen (31, 32, 33, 34) unterschiedliche Werte haben.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Impedanzen (31, 32, 33, 34) ohmsche Widerstände aufweisen.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Impedanzen (31, 32, 33, 34) Kapazitäten und/oder Induktivitäten aufweisen.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftstoffeinspritzventile (1; 23, 24, 25, 26) jeweils einen Anschluss (42, 43) zum Verbinden der Kraftstoffeinspritzventile (1; 23, 24, 25, 26) miteinander aufweisen und die dem Sitzkontaktschalter (8; 27, 28, 29, 30) des jeweiligen Kraftstoffeinspritzventiles (1; 23, 24, 25, 26) zugeordnete Impedanz (31, 32, 33, 34) an diesen Anschluss (42, 43) des jeweiligen Kraftstoffeinspritzventiles (1; 23, 24, 25, 26) angeschlossen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschluss (42, 43) zum Verbinden der Kraftstoffeinspritzventile (1; 23, 24, 25, 26) miteinander in dem Stecker (41) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein hochohmige Widerstand (40) in dem Stecker (41) angeordnet ist.