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Die
vorliegenden Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erzeugung
wenigstens eines Signals, das wiedergibt, ob ein Einspritzventil,
das auf ein Einspritzsignal zur Einspritzung von Kraftstoff in einen
Brennraum einer Brennkraftmaschine geöffnet wird, auf ein Einspritzsignal
hin zur Einspitzung geöffnet
wurde, sowie Mittel zur Durchführung
des Verfahrens, insbesondere ein Einspritzventil und eine Einspritzanlage.
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In
der Druckschrift
DE
24 01 535 A1 wird ein Verfahren zur Bestimmung des Einspritzbeginns
von Kraftstoff bei Einspritzbrennkraftmaschinen unter Bestimmung
eines Druckanstiegs im Kraftstoff mit Hilfe eines Druckgebers offenbart,
der ein Signal liefert, insbesondere unter Zuhilfenahme einer Stroboskoplampe,
die ein Lichtsignal auf eine Markierung auf einem umlaufenden Teil
der Einspritzbrennkraftmaschine wirft, mit einer Einspritzdüse, bei
der bei Einspritzbeginn eine Düsennadel
oder ein mit ihr verbundenes Teil eine Leckölmenge in einem Leckölraum verdrängt.
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Zur
Einspritzung von Kraftstoff in den Brennraum oder die Brennräume einer
Brennkraftmaschine werden Einspritzventile, unter denen im Folgenden
auch Injektoren verstanden werden, verwendet, die auf ein Einspritzsignal
hin für
eine vorgegebene Zeit geöffnet
werden und dabei eine vorgegebene Menge an Kraftstoff aus einer
Kraftstoffzuleitung in den Brennraum einspritzen sollen. Insbesondere
bei Common-Rail-Systemen steht der Kraftstoff in der Kraftstoffzuleitung
unter Hochdruck, so dass im Prinzip ein gesteuertes Öffnen des
Einspritzventils genügt,
um Kraftstoff in den Brennraum einzuspritzen.
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Nach
Ansteuerung eines Einspritzventils durch ein Einspritzsignal zum
Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum ist jedoch unbekannt,
ob tatsächlich
das Einspritzventil geöffnet
worden und eine der Ansteuerung entsprechende Einspritzung von Kraftstoff
in den Brennraum erfolgt ist.
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Eine
Rückmeldung
darüber,
ob das Einspritzsignal tatsächlich
geöffnet
wurde, und vorzugsweise auch darüber,
wann und/oder wie lange dieses geöffnet worden ist, wäre daher
wünschenswert,
um die Ansteuerung des Einspritzventils dementsprechend anpassen
zu können
bzw. einen Defekt des Einspritzventils erkennen zu können. Insbesondere könnte die
Brennkraftmaschine in ihren Laufeigenschaften besser abgestimmt
werden, wenn der genaue Beginn der Einspritzung genau erkannt werden kann.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
zu schaffen, das dazu verwendet werden kann, um festzustellen, ob ein
Einspritzventil wenigstens eines Typs auf ein Einspritzsignal hin
zur Einspritzung geöffnet
wurde, sowie Mittel zur Durchführung
des Verfahrens bereitzustellen.
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Die
Aufgabe wird gelöst
durch ein Verfahren zur Erzeugung wenigstens eines Signals, das
wiedergibt, ob ein Einspritzventil, das auf ein Einspritzsignal
zur Einspritzung von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine
geöffnet
wird und bei der Einspritzung Kraftstoff als Leckagekraftstoff in eine
Leckagekraftstoffleitung abgibt, auf ein Einspritzsignal hin zur
Einspitzung geöffnet
wurde, bei dem eine Abgabe von Leckagekraftstoff durch das Einspritzventil
in die Leckagekraftstoffleitung unter Bildung des Signals detektiert
wird.
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Das
Verfahren ist zur Verwendung mit wenigstens einem Einspritzventil
eines vorgegebenen Typs vorgesehen, nämlich einem Einspritzventil,
das auf ein Einspritzsignal zur Einspritzung von Kraftstoff in einen
Brennraum einer Brennkraftmaschine geöffnet wird und bei der Einspritzung
Kraftstoff als Leckagekraftstoff in eine Leckagekraftstoffleitung
abgibt. Ein solches Einspritzventil kann insbesondere einen Kraftstoffzufluss,
einen Ventilkörper
mit einem mit dem Kraftstoffzufluss verbundenen Einspritzkanal, der
wenigstens eine Einspritzöffnung
zu dem Brennraum besitzt, und einen Verschlusskörper, mittels dessen die wenigstens
eine Einspritzöffnung
in Abhängigkeit
von dem Einspritzsignal geöffnet
oder geschlossen werden kann, umfassen. Dabei kann zur Bewegung
des Verschlusskörpers
ein Aktor und ein durch den Aktor zu betätigendes, mit dem Kraftstoffzulauf
verbundenes Steuerventil vorgesehen sein, das bei Öffnung einen
kleinen Teil des unter Hochdruck stehenden Kraftstoffs aus dem Kraftstoffzulauf als
Leckagekraftstoff in die Leckagekraftstoff leitung ableitet und damit
eine Bewegung des Verschlusskörpers
durch den unter Hochdruck stehenden Kraftstoff erlaubt oder den
unter Hochdruck stehenden Kraftstoff von der Leckagekraftstoffleitung
abtrennt und damit eine Bewegung des Verschlusskörpers ein Verschließen der
Einspritzöffnung
bewirkt.
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Unter
der Leckagekraftstoffleitung wird dabei insbesondere die Leitung
von dem Abschnitt des Einspritzventils, in den der Leckagekraftstoff,
insbesondere also Kraftstoff, der nicht mehr unter Hochdruck steht,
eintritt, bis zu einem Kraftstoffauffang- oder -vorratsbehälter oder
einer erster Verzweigung zu einem anderem Kraftstoffrücklauf verstanden.
Verfügt das
Einspritzventil über
ein Steuerventil, das zur Einspritzung betätigt wird, kann die Leckagekraftstoffleitung
unmittelbar hinter dem Steuerventil beginnen.
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Ein
Grundgedanke der vorliegenden Erfindung liegt darin, die Abgabe
des Leckagekraftstoffs zu detektieren, die auf eine Bewegung des
Verschlusskörpers
und damit ein Öffnen
des Einspritzventils zurückschließen lässt, und
dabei ein entsprechendes Signal zu bilden.
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Das
eigentlich nicht erwünschte
Nebenprodukt der Einspritzung, der Leckagekraftstoff, kann so noch
zur Detektion der Einspritzung genutzt werden. Dazu ist kein komplizierter
Aufbau des Einspritzventils notwendig, so dass die Detektion mit
sehr einfachen Mitteln erfolgen kann.
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Die
Detektion kann an verschiedenen Orten der Leckagekraftstoffleitung
detektiert werden. Dabei kann eine Detektion an nur einer Stelle
oder an mehreren Stellen der Leckagekraftstoffleitung erfolgen, so
dass die folgenden Varianten alternativ oder in Kombination eingesetzt
werden können.
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So
kann bei dem Verfahren die Detektion in einem Abschnitt der Leckagekraftstoffleitung
erfolgen, der durch einen Leckagekraftstoffkanal in dem Einspritzventil
gebildet wird. Die Aufgabe wird daher auch durch ein Einspritzventil
mit einem integrierten Leckagekraftstoffkanal gelöst, in den
bei funktionsfähigem
Einspritzventil bei einer Einspritzung von Kraftstoff aus einer
Hochdruckleitung, insbesondere in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine,
ein Teil des Kraftstoffs als Leckagekraftstoff abgegeben wird, das
eine Erfassungseinrichtung zur Erfassung einer Abgabe von Kraftstoff
durch das Einspritzventil in den Leckagekraftstoffkanal unter Bildung
eines Erfassungssignals aufweist, aus dem ermittelbar ist, ob Kraftstoff
mittels des Einspritzventils eingespritzt wurde. Diese Ausführungsform
hat den Vorteil, dass zum einen einfach die Funktion des Einspitzventils
direkt überwacht
werden kann und dass zum anderen die Detektion der Abgabe des Leckagekraftstoffs
einfacher detektiert werden kann, da durch die Abgabe hervorgerufene Änderungen
in der Leckagekraftstoffleitung, die den Kanal umfasst, in dem Kanal
ausgeprägter
sind als in einiger Entfernung von dem Einspritzventil.
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Weiter
kann bei dem Verfahren die Detektion in einem mit einem Leckagekraftstoffkanal
in dem Einspritzventil verbundenen Abschnitt der Leckagekraftstoffleitung
erfolgen. Die Aufgabe wird daher auch gelöst durch eine Einspritzanlage
für eine Brennkraftmaschine
mit wenigstens einem Einspritzventil mit einem Leckagekraftstoffkanal,
der mit einem Leckagekraftstoffleitungsabschnitt verbunden ist,
in den bei funktionsfähigem
Einspritzventil bei einer Einspritzung von Kraftstoff aus einer
Hochdruckleitung ein Teil des Kraftstoffs abgegeben wird, insbesondere
dem in dem vorhergehenden Absatz erwähnten Einspritzventil, und
einer Erfassungseinrichtung zur Erfassung einer Abgabe von Kraftstoff
durch das Einspritzventil in den Leckagekraftstoffleitungsabschnitt
unter Bildung eines Erfassungssignals, aus dem ermittelbar ist,
ob Kraftstoff mittels des Einspritzventils eingespritzt wurde. Die
Leckagekraftstoffleitung dient dabei zur Rückführung des Leckagekraftstoffs
in den Kraftstoffbehälter.
Diese Variante bietet den Vorteil, dass beliebige, beispielsweise
bekannte Einspritzventile, die bei der Einspritzung Leckagekraftstoff
abgeben, verwendet werden können.
Da bei Verwendung von Einspritzventilen ohne Erfassungseinrichtung
keine Signalverbin dungen von den Einspritzventilen zu einer die
Signale auswertenden Einrichtung notwendig sind, kann darüber hinaus
der Raumbedarf für
Kabel im Bereich der Einspritzventile besonders gering gehalten
werden.
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Dabei
kann bei einer Variante des Verfahrens die Detektion in einem Abschnitt
der Leckagekraftstoffleitung erfolgen, der durch eine Einspritzung abgegebenen
Leckagekraftstoff nur von dem Einspritzventil führt. Bei der Einspritzanlage
ist dann vorzugsweise die Erfassungseinrichtung an einer Stelle des
Leckagekraftstoffleitungsabschnitts angeordnet, die zwischen dem
Einspritzventil und einer dem Einspritzventil nächsten Verzweigung der Leckagekraftstoffleitung
oder deren Ende angeordnet ist. Damit wird im Wesentlichen nur der
von dem einen bzw. einzelnen Einspritzventil abgegebene Leckagekraftstoff
detektiert, so dass in vorteilhafter Weise die Funktion dieses einen
Einspritzventils einfach geprüft werden
kann.
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Alternativ
kann bei dem Verfahren die Detektion in einem Abschnitt der Leckagekraftstoffleitung erfolgen,
in den durch Einspritzung abgegebener Leckagekraftstoff von wenigstens
zwei Einspritzventilen abgegeben wird. Bei der Einspritzanlage,
die in diesem Fall über
wenigstens zwei Einspritzventile, die bei einer Einspritzung Leckagekraftstoff
abgeben, verfügt,
ist dann vorzugsweise die Erfassungseinrichtung an einer Stelle
des Leckagekraftstoffleitungsabschnitts angeordnet ist, in den wenigstens zwei
Einspritzventile Leckagekraftstoff durch ihre Leckagekraftstoffleitungsabschnitte
abgeben. Diese Ausführungsform
bietet den Vorteil, dass nicht für
jedes Einspritzventil eine Erfassungseinrichtung vorgesehen zu werden
braucht. Besonders bevorzugt ist die Erfassungseinrichtung so angeordnet,
dass mittels dieser die Abgabe von Leckagekraftstoff durch alle
Einspritzventile der Einspritzanlage detektiert werden kann, da
die Einspritzungen in Brennkraftmaschinen nacheinander erfolgen.
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Um
eine Zuordnung der Abgabe von Leckagekraftstoff zu einem der wenigstens
zwei Einspritzventile zu ermöglichen,
ist es beim Verfahren dann vorteilhaft, dass die Detektion in Abhängigkeit
von Einspritzsignalen oder diesen entsprechenden Einspritzzeitpunkten
erfolgt. Insbesondere kann nach Abgabe eines Einspritzsignals an
eines der Einspritzsignale die unmittelbar folgende Abgabe von Leckagekraftstoff
detektiert und dem jeweiligen Einspritzventil zugeordnet werden.
Hierzu kann bei der Einspritzanlage eine entsprechende Auswerteeinrichtung
vorgesehen sein, die eine entsprechende Zuordnung leistet.
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Grundsätzlich ist
es denkbar, dass nicht jede Abgabe von Leckagekraftstoff einer gewünschten Einspritzventilöffnung bzw.
Einspritzung entspricht, beispielsweise weil das Einspritzventil
nur unvollständig
geöffnet
wurde. Es ist daher beim Verfahren vorteilhaft, dass das erzeugte
Signal erfasst wird und auf der Basis dieses Signals geprüft wird,
ob eine Öffnung
des Einspritzsignals stattgefunden hat, und in Abhängigkeit
von dem Ergebnis der Prüfung
ein Erfolgssignal und/oder ein Fehlersignal erzeugt wird. Die Einspritzanlage
weist dazu vorzugsweise eine mit der Erfassungseinrichtung über eine
Signalverbindung verbundene Auswerteeinrichtung auf, die das gebildete
Erfassungssignal unter Bildung eines Erfolgs- und/oder Fehlersignals auswertet, das
wiedergibt, ob das Einspritzventil auf ein Einspritzsignal geöffnet wurde,
und insbesondere auf der Basis des Signals prüft, ob eine Öffnung des
Einspritzsignals stattgefunden hat und in Abhängigkeit von dem Ergebnis der
Prüfung
das Erfolgssignal und/oder ein Fehlersignal erzeugt. Dies hat den
Vorteil, dass ein einfach zu überwachendes
Signal gebildet wird.
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Weiter
kann das Erfolgssignal so gebildet werden, dass es den zeitlichen
Einspritzbeginn und/oder das zeitliche Einspritzende der Einspritzung wiedergibt,
wozu es vorzugsweise in Echtzeit bzw. allenfalls mit einer bekannten
Zeitverzögerung
gebildet wird.
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Die
Abgabe von Leckagekraftstoff kann auf unterschiedliche Art und Weise
detektiert werden. So kann bei dem Verfahren zur Detektion eine
Menge und/oder ein Volumen des bei der Einspritzung in die Leckagekraftstoffleitung
eingeleiteten Leckagekraftstoffs erfasst werden, wobei das Signal
in Abhängigkeit
von der erfassten Menge bzw. dem erfassten Volumen gebildet wird.
Bei dem Einspritzventil bzw. der Einspritzanlage umfasst die Erfassungseinrichtung dazu
vorzugsweise eine Einrichtung zur Erfassung einer Kraftstoffmenge
und/oder eines Kraftstoffvolumens. Diese Ausführungsform hat den Vorzug,
dass aus der erfassten abgegebenen Leckagekraftstoffmenge auf die
Ventilöffnungszeit
zurückgeschlossen werden
kann.
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Es
ist jedoch auch möglich,
dass bei dem Verfahren zur Detektion an wenigstens einer Stelle der
Leckagekraftstoffleitung eine Eigenschaft oder Eigenschaftsänderung
des Leckagekraftstoffs in der Leckagekraftstoffleitung erfasst wird,
wobei das Signal in Abhängigkeit
von der erfassten Eigenschaft oder Eigenschaftsänderung gebildet wird. Bei
dem Einspritzventil bzw. der Einspritzanlage ist dazu die Erfassungseinrichtung
vorzugsweise zur Erfassung einer Eigenschaft oder Eigenschaftsänderung
des Leckagekraftstoffs unter Bildung des Erfassungsignals in Abhängigkeit
von der erfassten Eigenschaft oder Eigenschaftsänderung ausgebildet. Diese
Ausführungsform
hat den Vorteil, dass einfache Erfassungseinrichtungen verwendet
werden können.
Insbesondere können
Erfassungseinrichtungen verwendet werden, die wenigstens eine im
thermodynamischen Sinne intensive Eigenschaft oder Eigenschaftsänderung
des Leckagekraftstoffs erfassen.
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So
kann bei einer bevorzugten Ausführungsform
des Verfahrens als Eigenschaft der Druck und/oder als Eigenschaftsänderung
eine Druckänderung
des Leckagekraftstoffs erfasst werden. Bei dem Einspritzventil bzw.
der Einspritzanlage weist die Erfassungseinrichtung dazu vorzugsweise
als Sensor zur Erfassung der Eigenschaft oder Eigenschaftsänderung
einen Sensor zur Erfassung eines Drucks oder einer Druckänderung
in dem Leckagekraftstoffkanal bzw. dem Leckagekraftstoffleitungsabschnitt auf.
Diese Ausführungsform
bietet den Vorteil, dass Drucksensoren sehr schnell arbeiten können und
daher die Er fassung der Abgabe von Leckagekraftstoff schnell erfolgen
kann. Darüber
hinaus können
Drucksensoren sehr einfach aufgebaut und robust sein.
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Es
ist bei dem Verfahren jedoch auch möglich, als Eigenschaft die
Temperatur und/oder als Eigenschaftsänderung eine Temperaturänderung
des Leckagekraftstoffs zu erfassen. Bei dem Einspritzventil bzw.
bei der Einspritzanlage weist die Erfassungseinrichtung dazu vorzugsweise
als Sensor zur Erfassung der Eigenschaft oder Eigenschaftsänderung
einen Sensor zur Erfassung einer Temperatur oder einer Temperaturänderung
in dem Leckagekraftstoffkanal bzw. dem Leckagekraftstoffleitungsabschnitt
auf. Hierbei kann insbesondere ausgenutzt werden, dass durch die
Abgabe von Leckagekraftstoff eine Kompression stattfindet, die zu
einer Temperaturerhöhung
des Leckagekraftstoffs führt.
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Bei
einer anderen bevorzugten Ausführungsform
des Verfahrens wird als Eigenschaft eine Geschwindigkeit oder ein
Fluss des Leckagekraftstoffs erfasst. Bei dem Einspritzventil bzw.
der Einspritzanlage weist die Erfassungseinrichtung dazu vorzugsweise
als Sensor zur Erfassung der Eigenschaft oder Eigenschaftsänderung
einen Sensor zur Erfassung einer Geschwindigkeit oder eines Flusses
des Kraftstoffs in dem Leckagekraftstoffkanal bzw. dem Leckagekraftstoffleitungsabschnitt
auf. Eine Erfassung des Leckagekraftstoffflusses, d.h. des Volumens
oder der Menge bezogen auf den Leitungsquerschnitt und die Zeit,
oder einer Änderung
desselben hat den Vorteil, dass diese berührungslos, beispielsweise mittels
des Doppler-Effekts,
erfolgen kann.
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Die
im Rahmen der Erfindung verwendeten Einspritzventile können zur
Betätigung,
insbesondere eines Steuerventils, über einen Aktor verfügen, bei dem
es sich um einen elektromagnetischen Aktor, vorzugsweise aber um
einen piezoelektrischen Aktor handeln kann.
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Die
Erfindung eignet sich insbesondere zum Einsatz in Common-Rail-Einspritzanlagen,
kann aber auch in jeder anderen Einspritzanlage mit Einspritzventilen
verwendet werden, die bei der Einspritzung Leckagekraftstoff abgegeben.
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Die
Erfindung wird im Folgenden noch näher an Hand der schematischen
Zeichnung erläutert.
Es zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine mit einer Einspritzanlage
nach einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,
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2 einen
Längsschnitt
durch einen Injektor der Einspritzanlage in 1,
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2A eine
Vergrößerung des
Injektors aus 2 im Bereich um die Steuerkammer
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2B eine
Vergrößerung des
Injektors aus 2 im Bereich der Einspritzöffnung
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3 eine
schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine mit einer Einspritzanlage
nach einer dritten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,
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4 eine
schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine mit einer Einspritzanlage
nach einer fünften
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung, und
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5 einen
Längsschnitt
durch ein Einspritzventil nach einer bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung in der Einspritzanlage in 4.
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5A eine
Vergrößerung des
Injektors aus 5 im Bereich um die Steuerkammer
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5B eine
Vergrößerung des
Injektors aus 5 im Bereich der Einspritzöffnung
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In 1 umfasst
eine Antriebseinheit eine Brennkraftmaschine 1, im Beispiel
einen Dieselmotor, einen Treibstofftank 2 zur Speicherung
von Kraftstoff für
die Brennkraftmaschine 1, und eine Einspritzanlage 3,
im Beispiel eine Common-Rail-Einspritzanlage,
und ein Steuergerät 4 zur
Ansteuerung der Einspritzanlage 3 und anderer Einrichtungen
zum Betrieb der Brennkraftmaschine 1, die der Übersichtlichkeit
halber in den Figuren nicht gezeigt sind.
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Die
Brennkraftmaschine 1 ist im Ausführungsbeispiel ein Dieselmotor
mit mehreren Zylindern bzw. Brennräumen 5, die jeweils
gleich ausgebildet sind.
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Die
Einspritzanlage 3 ist – bis
auf eine im Folgenden genauer geschilderte Erfassungseinrichtung – im Ausführungsbeispiel
eine Common-Rail-Einspritzanlage mit einer Förderpumpe 6 zur Förderung von
Kraftstoff aus dem Treibstofftank 2, die über einen
Zufuhrleitungsabschnitt mit einer Hochdruckpumpe 7 verbunden
ist, die wiederum den zugeführten
Kraftstoff auf einen vorgegebenen Hochdruck bringt und einem Hochdruck-
bzw. Rail-Rohr 8 zuführt. Von
dem Rail-Rohr 8 führen
Hochdruckleitungsabschnitte zu Einspritzventilen 9 der
Einspritzanlage 3. Die Einspritzventile 9 sind
so in der Brennkraftmaschine 1 befestigt, dass in jeden
der Brennräume 5 eines
der Einspritzventile 9 unter Hochdruck stehenden Kraftstoff
zur späteren
Verbrennung einspritzen kann.
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Zur
Regelung des Druck in der Hochdruckleitung von der Hochdruckpumpe 7 zu
den Einspritzventilen 9, insbesondere dem Rail-Rohr 8,
dient ein Drucksensor 10, der – in den Figuren der Übersichtlichkeit
halber nicht gezeigt – mit
dem Steuergerät 4 verbunden
ist, das zur Regelung des Drucks in der Hochdruckleitung über entsprechende,
ebenfalls nicht gezeigte Steuerverbindungen mit der Förderpumpe 6 und
der Hochdruckpumpe 7 verbunden ist.
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Die
Einspritzventile 9 gemäß ersten
Ausführungsbeispiels,
verfügen
jeweils über
einen Leckagekraftstoffkanal 11, der jeweils mit einem
ventilseitigen Abschnitt 12 einer Leckagekraftstoffleitung 13 verbunden
ist, in den bei funktionsfähigem
Einspritzventil 9 bei einer Einspritzung von Kraftstoff
aus dem jeweiligen ventilseitigen Abschnitt 12 ein Teil
des Kraftstoffs als Leckagekraftstoff abgegeben wird.
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Die
ventilseitigen Abschnitte 12 münden in einen Sammelabschnitt 14 der
Leckagekraftstoffleitung 13, der über eine Verzweigung, in die
eine Überdruckleitung 15 von
der Hochdruckpumpe 7 führt,
zu dem Treibstofftank 2 führt.
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2 zeigt
einen Längsschnitt
durch einen Einspritzventil 9. 2A zeigt
eine Vergrößerung des
in 2 abgebildeten Einspritzventils 9 im
Bereich um die Steuerkammer 28. 2B zeigt
eine Vergrößerung des
in 2 abgebildeten Einspritzventils 9 im
Bereich der Einspritzöffnung 20.
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In
einem Ventilkörper 16 führt ein
mit dem Rail-Rohr 8 verbundener Hochdruckzulauf 17 in
eine Hochdruckkammer 18, die als Erweiterung in einem einen
Innenraum bildenden Längskanal 19 in
dem Ventilkörper 16 ausgebildet
ist. Von der Hochdruckkammer 18 führt ein durch einen Abschnitt
des Längskanals 19 gebildeter
Einspritzkanal zu Einspritzventilöffnungen, von denen in den
Figuren nur die Einspritzöffnung 20 sichtbar
ist. In dem Einspritzkanal ist ein Verschlusskörper 21, eine Düsennadel, parallel
zur Längsrichtung
des Längskanals 19 zwischen
einer Schließ-
und einer Öffnungsstellung
beweglich geführt.
Der Durchmesser des Verschlusskörpers 21 ist
dabei so gewählt,
dass dieser bei Beweglichkeit in dem Längskanal 19 diesen
in dem Abschnitt, der von den Einspritzöffnungen gesehen hinter der
Hochdruckkammer 18 angeordnet ist, möglichst gut gegen Kraftstoffdurchtritt
abdichtet, wobei jedoch eine geringe Menge an Kraftstoff zur Schmierung
zwischen Verschlusskörper 21 und
den Wänden des
Längskanals 19,
d.h. der Führung
des Verschlusskörpers 21,
von der Hochdruckkammer über einen
Rücklaufkanal 37 abgeleitet
werden kann.
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In
dem Längskanal 19 ist
eine zweiteilige Stößelanordnung 22 angeordnet,
die dazu dient, Kräfte
auf den Verschlusskörper 21 entlang
der Längsrichtung
des Längskanals 19 auszuüben. Eine rückstellenden
Einrichtung in Form einer Schraubenfeder 23, die sich mit
einem Ende an einer Schulter 24 in dem Längskanal 19 und
mit einem anderen Ende an einem verschlusskörperseitigen Element 25 der
Stößelanordnung 22 abstützt, dient
dazu, auf den Verschlusskörper 21 eine
Kraft entlang des Längskanals 19 in
Richtung auf die Einspritzöffnungen,
d.h. in Schließrichtung,
auszuüben.
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Im
in 2 oberen Teil des Einspritzventils 9 ist
ein Steuerventil 26 angeordnet, das dazu dient, über die
Stößelanordnung 22 mit
Hilfe des unter Hochdruck stehenden Kraftstoffs Kräfte in Längsrichtung
des Längskanals 19 auf
den Verschlusskörper 21 auszuüben.
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Genauer
umfasst das Steuerventil 26 eine durch eine Erweiterung
des Längskanals 19 gebildete, über einen
Verbindungskanal 27 kleinen Querschnitts mit dem Hochdruckzulauf 17 verbundene Steuerkammer 28,
in der ein Ende der Stößelanordnung 22 liegt
und die über
einen engen Durchlass in eine weitere Kammer 29 führt, die
wiederum durch eine Steuerventilöffnung 30 mit
einem Endabschnitt des Längskanals 19 verbunden
ist, der in einen Leckagekraftstoffkanal 31 mündet, der
mit dem ventilseitiger Leckagekraftstoffleitungsabschnitt 12 verbunden
ist und zusammen mit den bereits erwähnten Abschnitten der Leckagekraftstoffleitung
die Leckagekraftstoffleitung 13 bildet. Da der Treibstofftank 2 nicht
unter erhöhtem
Druck steht, herrscht in der Leckagekraftstoffleitung 13 kein
Hochdruck, sondern Niederdruck, d.h. ein Druck bis zu maximal 10
bar.
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In
den Leckagekraftstoffkanal 31 mündet ebenfalls die Rücklaufleitung 37.
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Zum Öffnen und
Schließen
der Steuerventilöffnung 30 dient
ein pilzförmiger
Steuerventilverschlusskörper 32,
der durch eine sich an einer Schulter der weiteren Kammer abstützenden
Steuerventilfeder 33 als rückstellendem Element in Richtung
der Steuerventilöffnung 30 gedrückt wird,
und auf den mittels eines Steuerventilstößels 34, der über ein nicht
in allen Ausführungsformen
notwendiges Koppelelement in Form eines Hebels 35 mit einem
piezo-elektrischen Aktor 36 gekoppelt ist, eine steuerventilöffnende
Kraft in Richtung auf die Steuerventilfeder 33 ausgeübt werden
kann.
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Der
Aktor 36 jedes der Einspritzventile 9 ist über eine
Signalleitung mit dem Steuergerät 4 verbunden,
so dass dieses durch Abgabe entsprechender Signale den jeweiligen
Aktor 36 und damit das Steuerventil 26 betätigen kann.
In den Figuren sind die Signalleitungen der Übersichtlichkeit halber durch nur
eine Linie dargestellt, tatsächlich
kann die Steuereinrichtung 4 jedoch jedes der Einspritzventile 9 getrennt
ansteuern.
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Das
Einspritzventil 9 arbeitet folgendermaßen:
Bei geschlossenem
Zustand befindet sich in dem mit dem Rail-Rohr 8 verbundenen Hochdruckzulauf 17 Kraftstoff
unter Hochdruck, d.h. einem geeigneten Druck größer als 20 bar.
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Der
Aktor 36 ist nicht angesteuert, so dass das Steuerventil 26 geschlossen
ist. Denn sowohl die Steuerventilfeder 33 als auch der
hydrostatische Druck in dem Kraftstoff in der Steuerkammer 28 und der
weiteren Kammer 29, die mit dem Hochdruckzulauf 16 verbunden
sind, pressen den Steuerventilverschlusskörper 32 an den Rand
der Steuerventilöffnung 30,
so dass diese geschlossen ist.
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Der
Verschlusskörper 21 ist
gegen den Rand der Einspritzöffnungen 20 gepresst
und verschließt diese.
Dabei wirken auf den Verschlusskörper 21 zwei
sich überlagernde
Kräfte.
Da die Einspritzöffnungen 20 verschlossen
sind, steht der Kraftstoff in dem Hochdruckzulauf 17, der
Hochdruckkammer 18 und der Steuerkammer 28 sowie
dem Einspritzkanal unter Hochdruck. Dieser Hochdruck erzeugt auf
den Verschlusskörper 21 eine
Kraft F2, die in 2 nach oben, d.h. in Richtung
einer Öffnungsbewegung
des Verschlusskörpers 21 wirkt.
Dieser Kraft F2 entgegen wirkt eine Kraft F1, die durch die Wirkung
des Hochdrucks in dem Kraftstoff in der Steuerkammer 28 auf die
Fläche
des dort liegenden Endes der Stößelanordnung 22 ausgeübt wird.
Die Größe der dem
hydrodynamischen Druck des Kraftstoffs ausgesetzten Flächen des
Verschlusskörpers 21 und
der Stößelanordnung 22,
die eine Normale parallel zur der Bewegungsrichtung des Verschlusskörpers 21 bzw.
der Längsrichtung
des Längskanals 19 aufweisen,
ist so gewählt,
dass bei geschlossenem Einspritzventil der Betrag der Kraft F1 größer als
der der Kraft F2 ist, so dass in Summe eine schließende, in 2 nach
unten weisende Kraft auf den Verschlusskörper 21 ausgeübt wird
und die Einspritzöffnungen 20 geschlossen
sind. In anderen Ausführungsbeispielen
kann durch entsprechende Auslegung der rückstellenden Einrichtung 23 noch
eine durch diese ausgeübte Kraft
in gleicher Richtung wie die Kraft F2 über die Stößelanordnung 22 auf
den Verschlusskörper 21 wirken.
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Zum Öffnen des
Einspritzventils 9 wird der Aktor 36 durch Abgabe
eines entsprechenden Signals an diesen betätigt, so dass dieser über das
Koppelelement 35 den Steuerventilstößel 34 in Richtung auf
den Steuerventilverschlusskörper 32 zu
bewegt und diesen gegen die auf diesen wirkenden Kräfte von
der Steuerventilöffnung 30 fortbewegt,
so dass das Steuerventil 26 unter Spannung der Steuerventilfeder 33 geöffnet wird.
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Es
fließt
nun durch den Druckunterschied zwischen dem Hochdruckzulauf 17 und
der Leckagekraftstoffleitung 13 eine geringe Menge an Kraftstoff als
Leckagekraftstoff aus der Steuerkammer 28 und der weiteren
Kammer 29 in den Leckagekraftstoffkanal 31 und
damit die Leckagekraftstoffleitung. Da der Querschnitt des Verbindungskanals 27 hinreichend klein
ge wählt
ist, kann gleichzeitig in kurzer Zeit nicht genug unter Hochdruck
stehender Kraftstoff in die Steuerkammer 28 gelangen, um
den Kraftstoffverlust darin auszugleichen, so dass der Druck in
der Steuerkammer 28 zunächst
schnell fällt.
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Durch
den fallenden Druck in der Steuerkammer 28 nimmt auch die
Kraft F1 soweit ab, dass sie betragsmäßig die Kraft F2 unterschreitet.
Dadurch weist die Summe der Kräfte
F1 und F2 auf den Verschlusskörper 21 in
Richtung der Kraft F2, so dass dieser von den Einspritzöffnungen
weg bewegt wird und das Einspritzventil 9 geöffnet wird.
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Zum
Schließen
des Einspritzventils 9 wird der Aktor 36 nicht
mehr betätigt,
so dass die als rückstellendes
Element wirkende Steuerventilfeder 33 den Steuerventilverschlusskörper 32 auf
den Rand der Steuerventilöffnung 30 presst
und diese damit schließt.
Dadurch kann sich in einer durch den Querschnitt des Verbindungskanals 27 bestimmten
Zeitskala aufgrund des Hochdrucks in dem Hochdruckzulauf 17 in
der Steuerkammer 28 wieder ein Druck in Höhe des Hochdrucks
in dem Rail-Rohr 8 aufbauen, der zusammen mit der Kraft
der gespannten rückstellenden
Einrichtung 23, d.h. der Schraubenfeder 23, die
Stößelanordnung 22 und
damit den mit dieser gekoppelten Verschlusskörper 21 in die Ausgangsstellung
bewegt, in der dieser die Einspritzöffnungen verschließt.
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Insgesamt
wird also bei einer Einspritzung durch das Einspritzventil 9 grundsätzlich Leckagekraftstoff
in die Leckageleitung 13, d.h. den Leckagekraftstoffkanal 31 und
die folgenden Abschnitte 12 und 14 abgegeben.
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Bei
Motorstillstand werden der Steuerventilverschlusskörper 32 und
der Verschlusskörper 21 durch
die Steuerventilfeder 33 bzw. das rückstellende Element 23 auf
die Steuerventilöffnung 30 bzw. die
Einspritzöffnungen
gepresst und verschließen diese.
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Die
Einspritzanlage 3 verfügt
zur Überwachung
der Funktion der Einspritzventile 9 weiterhin über eine
Erfassungseinrichtung 38 zur Erfassung einer Eigenschaft
bzw. Eigenschaftsänderung
des Leckagekraftstoffs in der Leckagekraftstoffleitung unter Bildung
eines Erfassungssignals in Abhängigkeit
von der erfassten Eigenschaft oder Eigenschaftsänderung, die einen Drucksensor 38 zur
Erfassung eines Drucks bzw. einer Druckänderung des Leckagekraftstoffs
in dem Sammelabschnitt 14 der Leckagekraftstoffleitung 13.
Die Erfassungseinrichtung 38 ist somit in einem Abschnitt
der Lackagekraftstoffleitung 13 angeordnet, in die alle
Einspritzventile 9 Leckagekraftstoff abgeben und die stromaufwärts der
Verzweigung zu der Überdruckleitung 15 von
der Hochdruckpumpe 7 angeordnet ist.
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Die
Erfassungseinrichtung 38 ist zur Übertragung von Erfassungssignalen über eine
Signalverbindung mit dem Steuergerät 4 verbunden, das
als Auswerteeinrichtung zur Auswertung der Erfassungssignale dient.
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Insbesondere
ist das Steuergerät 4 so
ausgebildet, dass es zum normalen Betrieb der Brennkraftmaschine 1 entsprechend
einem Steuerverfahren zunächst
für eines
der Einspritzventile 9 ein Einspritzsignal abgibt, damit
dieses eine Einspritzung von Kraftstoff in den entsprechenden Brennraum 5 durchführt. Das
Steuergerät 4 ist
dann weiterhin so ausgebildet, dass es ein von der Erfassungseinrichtung 38 darauf
gebildete Erfassungssignal, das in diesem Ausführungsbeispiel den zeitlichen
Druckverlauf in dem Leckagekraftstoff in dem Sammelabschnitt 14 wiedergibt,
unter Bildung eines Signals, das wiedergibt, ob das Einspritzventil 9 auf
ein Einspritzsignal hin zur Einspritzung geöffnet wurde, auswertet.
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Genauer
wird bei der Einspritzung, wie beschrieben, von dem angesteuerten
Einspritzventil 9 Leckagekraftstoff in die Leckagekraftstoffleitung 13 und
insbesondere den Sammelabschnitt 14 abgegeben, was zu einem
pulsähnlichem
Druckverlauf im Bereich des Sammelabschnitts 14 führt, den
das Signal der Erfassungseinrichtung 38 wiedergibt. Das Steuergerät 4 ermit telt
nun die zeitliche Lage der Anstiegsflanke des Signals und den zeitlichen
Abstand zu dem gewünschten
Einspritzzeitpunkt. Unterscheidet sich der zeitliche Abstand um
weniger als eine vorgegebene Maximalabweichung von einem vorgegebenen
Abstandswert, wird ein Erfolgssignal gebildet, das eine erfolgreiche
Bewegung des Verschlusskörpers 21 und
damit eine erfolgreiche Einspritzung anzeigt. Dieses Erfolgssignal
kann in dem Steuergerät 4 weiterverarbeitet
werden. Andernfalls wird ein Fehlersignal gebildet.
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Eine
zweite bevorzugte Ausführungsform unterscheidet
sich von dem ersten Ausführungsbeispiel
nur in der Art der Auswertung des Signals. Die Erfassungseinrichtung 38 dient
hier als Einrichtung zur Erfassung einer Eigenschaft des Leckagekraftstoffs
in dem Sammelabschnitt 14.
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Das
Steuergerät
ist nun so ausgebildet, dass zur Festlegung des Zeitpunkts der Einspritzung
nicht die zeitliche Lage der Flanke des pulsähnlichen Drucksignals verwendet
wird, sondern die zeitliche Lage des Maximums. Zusätzlich zu
der Prüfung
des zeitlichen Abstands kann dann die Höhe des Maximums dazu herangezogen
werden, abzuschätzen, ob
die Einspritzung auch vollständig
erfolgt ist, ob also das Steuerventil voll geöffnet wurde.
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In
anderen Ausführungsbeispielen
kann der Zeitpunkt auch durch das erstmalige Überschreiten eines Mindestdrucks
festgelegt werden.
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Eine
dritte bevorzugte Ausführungsform
in 3 unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel
allein darin, dass nun in jedem der ventilseitigen Leckagekraftstoffleitungsabschnitte 12 jeweils
eine Erfassungseinrichtung 38 angeordnet ist, die wie die
Erfassungseinrichtung in dem ersten Ausführungsbeispiel ausgebildet
sind. Für
alle anderen Teile werden daher die gleichen Bezugszeichen wie im
ersten Ausführungsbeispiel
verwendet und es gelten die Ausführungen
zu diesen im ersten Ausführungsbeispiel
auch hier analog.
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Damit
ist für
jeden Brennraum 5 eine Erfassungseinrichtung an einer Stelle
des jeweiligen Leckagekraftstoffleitungsabschnitts 12 angeordnet, die
zwischen dem Einspritzventil 9 für den Brennraum 5 und
einer dem Einspritzventil 9 nächsten Verzweigung der Leckagekraftstoffleitung 13 oder
deren Ende angeordnet ist. Die Erfassungseinrichtungen 38 sind
nun so mit dem Steuergerät 4 über Signalverbindungen
verbunden, dass deren Erfassungssignale von dem Steuergerät 4 getrennt
ausgewertet werden können.
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Die
Auswertung erfolgt wie im ersten Ausführungsbeispiel, wobei nun jedoch
die Zuordnung von Erfassungssignalen zu Einspritzsignalen und damit Einspritzventilen
einfacher erfolgen kann, da für
jedes Erfassungssignal bekannt ist, von welchem Einspritzventil
es ausgelöst
wurde.
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Bei
einer vierten bevorzugten Ausführungsform
wird die Einspritzanlage des vorhergehenden Ausführungsbeispiels verwendet,
wobei jedoch das Auswerteverfahren des zweiten Ausführungsbeispiels
durch entsprechende Ausbildung des Steuergeräts 4 verwendet wird.
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Eine
fünfte
bevorzugte Ausführungsform
in 4 unterscheidet sich von dem dritten Ausführungsbeispiel
allein darin, dass die Erfassungseinrichtungen nun in die Einspritzventile 39 integriert sind.
Für alle
anderen Teile werden daher die gleichen Bezugszeichen wie im dritten
Ausführungsbeispiel
verwendet und es gelten die Ausführungen
zu diesen im dritten Ausführungsbeispiel
auch hier analog.
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Von
den gleich ausgebildeten Einspritzventilen 39 ist eines
in 5 schematisch gezeigt. Es unterscheidet sich von
dem Einspritzventil der vorhergehenden Ausführungsbeispiele und insbesondere in 2 allein
darin, dass nun die Erfassungseinrichtung 38, im Beispiel
der Drucksensor, in dem Leckagekraftstoffkanal 31 angeordnet
ist. Ansonsten ist es gleich aufgebaut, so dass für dessen
Teile die gleichen Bezugszei chen wie in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen
verwendet werden und die Ausführungen
zu diesen und deren Funktion auch hier gelten.
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Die
Auswertung der Erfassungssignale erfolgt wie im dritten Ausführungsbeispiel.
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Eine
sechste bevorzugte Ausführungsform unterscheidet
sich von der fünften
Ausführungsform nur
dadurch, dass durch entsprechende Ausbildung des Steuergeräts 4 das
Auswerteverfahren des vierten Ausführungsbeispiels durchgeführt wird.
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Weitere
bevorzugte Ausführungsformen
unterscheiden sich von den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen
darin, dass nun statt des Drucks die Temperatur des Leckagekraftstoffs
erfaßt
wird, wozu die Erfassungseinrichtung einen Drucksensor und/oder
einen Temperatursensor aufweist. Da die Temperatur vorwiegend konvektiv
transportiert wird, kann die durch die Einspritzung hervorgerufene
Temperaturerhöhung
oder -änderung
wie die Druckerhöhung
bzw. -änderung
in dem ersten bis sechsten Ausführungsbeispiel
erfolgen. Da die Temperaturerhöhung
nicht besonders hoch ist, ist die Anordnung der Erfassungseinrichtung
in den Einspritzventilen besonders günstig. Denn im weiteren Verlauf
der Leckagekraftstoffleitung sonst auftretende diffusiven Wärmeverluste,
die den Temperaturverlauf verfälschen
können,
treten nun nicht bzw. nur in kleinerem Ausmaß auf.
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Noch
weitere bevorzugte Ausführungsformen
unterscheiden sich von dem ersten bis sechsten Ausführungsbeispiel
dadurch, dass nun die Erfassungseinrichtung statt eines Drucksensors
einen Flussmesser umfasst, mittels dessen der zeitliche Verlauf
des Mengen- oder Volumenflusses bzw. -stroms des Leckagekraftstoffs
an der jeweiligen Stelle der Leckagekraftstoffleitung 13 anstatt
des Druckverlaufs erfassbar ist. Hierbei kann es sich beispielsweise
um ein auf dem Doppler-Effekt beruhenden Sensor handeln. Bei einer
Einspritzung ist ähnlich
zu dem Druckverlauf in der Leckagekraftstoffleitung 13 ein
pulsähn licher
zeitlicher Verlauf des Kraftstoffflusses zu erwarten, so dass die
Auswertung der Erfassungssignale entsprechend den ersten bis sechsten
Ausführungsbeispielen
erfolgen kann.
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Darüber hinaus
können
bei weiteren Ausführungsbeispielen
nicht die Leckagekraftstoffflüsse, sondern
die Mengen bzw. Volumina des jeweils abgegebenen Leckagekraftstoffs
erfasst werden. Hierzu kann beispielsweise eine Sensor nach dem
Prinzip des Sensors EMI2 der Firma EFS, 69390 Millery, Frankreich
verwendet werden, bei dem die Kraftstoffmenge dadurch erfasst wird,
dass sie einen Kolben auslenkt, dessen Auslenkung das Volumen wiedergibt.
Die entsprechende Menge kann, soweit gewünscht, durch Multiplikation
mit der bekannten Dichte des Kraftstoffs erhalten werden.
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Eine
weitere Möglichkeit
zur Bestimmung der Menge besteht darin, die Kraftstoffmengenabgaberate
nach dem Prinzip des Rohrindikators zu ermitteln. Dabei wird die
Menge des Leckagekraftstoffs aus dem Integral über den Puls des Druckverlaufs durch
Multiplikation mit einem Proportionalitätsfaktor ermittelt.