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Die Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzsystem mit einer Sensoranordnung zur Messung physikalischer Größen im Kraftstoffeinspritzsystem.
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Stand der Technik
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Aus der Offenlegungsschrift
DE 10 2011 051 765 A1 ist ein Kraftstoffinjektor eines Kraftstoffeinspritzsystems zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine bekannt, der einen Injektorkörper bzw. ein Gehäuse umfasst, in dem eine Hochdruckbohrung bzw. ein Druckraum ausgebildet ist mit einer darin längsverschiebbar angeordneten Düsennadel, welche mit einem Düsennadelsitz des Gehäuses zusammenwirkt. Durch das Zusammenwirken der Düsennadel mit dem Düsennadelsitz wird ein Kraftstoffstrom zu wenigstens einer Einspritzöffnung geöffnet oder unterbrochen. Der bekannte Kraftstoffinjektor eines Kraftstoffeinspritzsystems besitzt ein Steuerventil zum Steuern des Drucks in einem Steuerraum, wodurch die Längsbewegung der Düsennadel gesteuert wird. Zur Erfassung des Drucks im Steuerraum weist der Kraftstoffinjektor eine Sensorik bzw. eine Sensoranordnung auf, die vollständig innerhalb des Kraftstoffinjektors in einer Vertiefung angeordnet ist, auf deren Rückseite ein Stichkanal zum Steuerraum endet. Die Wand zwischen Stichkanal und Vertiefung bildet dadurch eine Art Membran, deren Verformung über die Sensoranordnung erfasst wird.
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Die Sensoranordnung des bekannten Kraftstoffinjektors misst die Verformung der druckbeaufschlagten Wand zwischen Vertiefung und Stichkanal und damit nur mittelbar den Druck im Steuerraum. Zudem ist die Gestaltung des Stichkanals und insbesondere der membranartigen Wand zwischen Vertiefung und Stichkanal festigkeitskritisch. Messgenauigkeit und Lebensdauer dieser Sensoranordnung sind dadurch eingeschränkt. Weiterhin ist die Sensoranordnung auf die Messung des Drucks im Steuerraum beschränkt.
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Offenbarung der Erfindung
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Das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzsystem zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine weist diese Nachteile nicht auf: Beim erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzsystem wird die Lebensdauer aufgrund der Ausführung und Anordnung der Sensoranordnung nicht verringert. Weiterhin ist die Sensoranordnung generell für Hochdruckbereiche geeignet, also nicht auf den Steuerraum eines Kraftstoffinjektors beschränkt, und misst die physikalischen Größen in den Hochdruckbereichen unmittelbar. In den Ausführungsbeispielen wird gezeigt, dass die Sensoranordnung besonders geeignet ist für den Druckraum eines Kraftstoffinjektors, den Steuerraum eines Kraftstoffinjektors, den Speicherraum eines Rails und die Railanschlussbohrung einer Hochdruckpumpe. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Bereiche beschränkt, sondern ist für alle Hochdruckbereiche eines Kraftstoffeinspritzsystems verwendbar, die vorzugsweise durch eine Gehäusewand von einem Niederdruckbereich getrennt sind und in denen physikalische Größen mit Hilfe eines Sensors gemessen werden sollen.
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Dazu weist das Kraftstoffeinspritzsystem eine in einem Gehäuse ausgebildete Sensorbohrung auf, durch die eine Sensoranordnung in einen im Gehäuse ausgebildeten Hochdruckbereich ragt, wobei die Sensoranordnung die Sensorbohrung flüssigkeitsdicht verschließt. Die Sensoranordnung umfasst einen im Hochdruckbereich angeordneten Sensor und zwei in eine elektrisch nicht leitende Ummantelung eingegossene Kontaktdrähte.
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Dadurch erfolgt die Messung der physikalischen Größe unmittelbar im Hochdruckbereich. Eine festigkeitskritische Wand bzw. Membran ist nicht ausgebildet.
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In einer vorteilhaften Ausführung ist die Sensoranordnung in die Sensorbohrung eingepresst. Der Hochdruckbereich ist dadurch in einer einfach zu fertigenden Ausführung flüssigkeitsdicht verschlossen.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführung umfasst die Sensoranordnung weiterhin eine Außenhülse, in die die Ummantelung eingegossen oder eingepresst ist. Die Außenhülse kann aus einem vergleichsweise sehr festen Material sein, so dass eine sehr feste Verbindung zwischen Sensoranordnung und Sensorbohrung dargestellt wird.
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Vorteilhafterweise sind die Sensorbohrung und die Außenhülse in gleicher Weise konisch ausgebildet, so dass sich zwischen ihnen ein Kegelpressverband ausbildet. Dadurch können in axialer Richtung zwischen Sensoranordnung und Sensorbohrung bzw. Gehäuse hohe axiale Kräfte übertragen werden.
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Vorteilhafterweise verjüngt sich die konische Form von Sensorbohrung und Außenhülse vom Hochdruckbereich weg. Somit wird die Sensoranordnung aufgrund des Drucks im Hochdruckbereich in die Sensorbohrung gepresst; eine weitere Fixierung der Sensoranordnung ist nicht notwendig.
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In vorteilhaften Ausführungen besteht die Außenhülse aus einem metallischen Werkstoff. Dadurch ist die Außenhülse sehr fest ausgeführt; der Pressverband zum Gehäuse kann somit mit hohen Flächenpressungen ausgeführt werden, so dass die Verbindung von Sensoranordnung zum Gehäuse besonders flüssigkeitsdicht ist.
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In weiteren vorteilhaften Ausführungen besteht die Ummantelung aus einem Glas. Glas vereinigt die Eigenschaften sehr niedriger elektrischer Leitfähigkeit (quasi Isolator), hoher Druckfestigkeit und hoher Chemikalienbeständigkeit und ist dadurch besonders gut für die Ummantelung geeignet.
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Vorteilhafterweise besitzen die Materialien von erstem Kontaktdraht, zweitem Kontaktdraht, Ummantelung und Außenhülse ähnliche Wärmeausdehnungskoeffizienten, wobei vorzugsweise die Wärmeausdehnungskoeffizienten von zwei in Kontakt miteinander stehenden Materialien um nicht mehr als 25% voneinander abweichen. Je geringer die Abweichung zweier in Kontakt stehender Materialien bzw. Bauteile, desto geringer sind auch die aus Temperaturbelastungen resultierenden Wärmespannungen bzw. Änderungen vorhandener Spannungen. Andernfalls kann es sowohl zu einem Festigkeitsproblem als auch zu einem Dichtheitsproblem kommen. In einer vorteilhaften Ausführung weicht auch der Wärmeübergangskoeffizient der Außenhülse von dem des Gehäuses um nicht mehr als 25% ab.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist der Hochdruckbereich ein in einem Kraftstoffinjektor ausgebildeter Druckraum, in dem eine Düsennadel längsverschiebbar angeordnet ist, wobei die Düsennadel durch ihre Längsbewegung mit einem Düsennadelsitz zusammenwirkt und dadurch wenigstens eine Einspritzöffnung öffnet und schließt. Dadurch ist der Sensor direkt im Druckraum angeordnet und kann dort eine physikalische Größe des in den Brennraum eingespritzten Kraftstoffs, z.B. den Druck, ermitteln und ein Signal, aus dem der Druck bzw. der Druckverlauf bestimmt werden kann, an ein Steuergerät weiterleiten. Somit kann die Einspritzcharakteristik des Kraftstoffinjektors deutlich verbessert von einem Steuergerät erfasst und die Einspritzung entsprechend gesteuert werden, was die Effizienz des gesamten Kraftstoffeinspritzsystems steigert.
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In einer anderen vorteilhaften Ausführung umfasst das Kraftstoffeinspritzsystem einen Kraftstoffinjektor, in dem ein Druckraum ausgebildet ist, wobei eine Düsennadel in dem Druckraum längsverschiebbar angeordnet ist. Die Düsennadel wirkt durch ihre Längsbewegung mit einem Düsennadelsitz zusammen und öffnet und schließt dadurch wenigstens eine Einspritzöffnung. Die Düsennadel begrenzt an ihrem dem Düsennadelsitz gegenüberliegenden Ende einen Steuerraum und die Längsbewegung der Düsennadel wird durch den Druck im Steuerraum gesteuert. In dieser Ausführung ist der Steuerraum der Hochdruckbereich. Über die Ermittlung einer physikalischen Größe im Steuerraum, z.B. des Drucks, wird die Charakteristik eines Steuerventils, über das der Kraftstoff im Steuerraum abgesteuert wird, durch ein Steuergerät ermittelt und kann zur Steuerung des Einspritzvorgangs verwendet werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführung umfasst das Kraftstoffeinspritzsystem ein Rail, in dem ein Speicherraum für unter Hochdruck stehenden Kraftstoff ausgebildet ist, wobei das Rail einen ersten Anschluss zu einer Hochdruckpumpe und mindestens einen zweiten Anschluss zu mindestens einem Kraftstoffinjektor aufweist. In dieser Ausführung ist der Speicherraum der Hochdruckbereich. Beispielsweise können in dieser Ausführung die Temperatur und/oder der Druck im Speicherraum gemessen und von einem Steuergerät aufgezeichnet werden. Die so aufgezeichneten Werte bzw. deren Änderungen erlauben Rückschlüsse auf die Effizienz des Kraftstoffeinspritzsystems bzw. dessen Veränderung über die Lebensdauer.
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In einer anderen vorteilhaften Ausführung umfasst das Kraftstoffeinspritzsystem eine Hochdruckpumpe mit einem Zylinderkopf, der das Gehäuse umfasst. Im Gehäuse ist ein Verdichtungsraum zum Verdichten von Kraftstoff ausgebildet. Vom Verdichtungsraum zweigt eine im Gehäuse ausgebildete Railanschlussbohrung ab und mündet zumindest mittelbar in ein Rail. In dieser Ausführung ist die Railanschlussbohrung der Hochdruckbereich. Physikalische Größen, wie z.B. Druck, Temperatur und Beschleunigung, können mit dem Sensor dieser Ausführung gemessen und in einem Steuergerät verarbeitet werden. Beispielsweise kann über die Messung der Beschleunigung eine Art Schüttelbelastung, resultierend aus Schwingungen, für den Zylinderkopf ermittelt werden. Solche Schüttelbelastungen können sich nachteilig auf die Funktionsweise der Hochdruckpumpe und damit auch nachteilig auf die Effizienz des Kraftstoffeinspritzsystems auswirken. Vor allem für Diagnosezwecke kann die Aufzeichnung der Schüttelbelastungen von Vorteil sein.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführung sind der erste Kontaktdraht und der zweite Kontaktdraht elektrisch voneinander isoliert in die Ummantelung eingebettet und ragen hochdruckbereichseitig nur mit ihren jeweiligen Kontaktdrahtenden aus der Ummantelung heraus. Dadurch werden elektrische Energieverluste minimiert.
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Vorteilhafterweise ist der Sensor durch einen ersten Lötkontakt zum ersten Kontaktdrahtende und durch einen zweiten Lötkontakt zum zweiten Kontaktdrahtende elektrisch verbunden. Die elektrischen Anschlüsse des Sensors zu den Kontaktdrähten sind dadurch in einfacher und zugleich zuverlässiger Form ausgeführt. In alternativen Ausführungen ist der Sensor über Schweißkontakte, elektrisch leitende Klebverbindungen oder mechanische Crimpverbindungen mit dem ersten Kontaktdrahtende und dem zweiten Kontaktdrahtende verbunden.
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In vorteilhaften Ausführungen ist der Sensor ein Drucksensor. Der Druck im Kraftstoffinjektor ist die für viele Anwendungen wichtigste Auswertegröße. Z.B. kann über die Einspritzdauer und den Druck im Druckraum eines Kraftstoffinjektors sehr gut die eingespritzte Kraftstoffmenge berechnet werden. Damit ist eine Anpassung der Ist-Kraftstoffmenge an die Soll-Kraftstoffmenge durch Veränderung der Einspritzdauer möglich; somit wird eine robustere Einspritzcharakteristik des Kraftstoffinjektors erreicht und das gesamte Kraftstoffeinspritzsystem funktioniert über die Lebensdauer zuverlässiger und effizienter.
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Eine weitere Anwendung ist ein Drucksensor für das Rail. Der Drucksensor liefert ein Signal an das Steuergerät, anhand dessen ein Druckverlauf im Rail über eine lange Zeit aufgezeichnet werden kann. Mit Hilfe dieses Druckverlaufs kann beispielsweise ermittelt werden, wie sich ein maximaler Druck im Rail über die Lebensdauer des Kraftstoffeinspritzsystems verändert. Eine derartige Veränderung des maximalen Drucks kann z.B. aus dem Verschleiß eines Druckbegrenzungsventils des Rails resultieren, oder aber auch aus der Änderung der Federsteifigkeit des Druckbegrenzungsventils. Mit dieser Kenntnis können Gegenmaßnahmen rechtzeitig ergriffen werden.
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In anderen vorteilhaften Ausführungen ist der Sensor ein Temperatursensor. Die Temperatur ist eine weitere wichtige physikalische Größe, um die Einspritzcharakteristik eines Kraftstoffinjektors des Kraftstoffeinspritzsystems darzustellen.
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In einer besonders vorteilhaften Ausführung ist der Sensor sowohl ein Druck- als auch ein Temperatursensor. Dadurch können die Signale von zwei besonders wichtigen physikalischen Größen eines Hochdruckbereichs zur Auswertung und Weiterverarbeitung an ein Steuergerät gesendet werden. In anderen vorteilhaften Ausführungen werden weitere Größen, wie Neigung, Bewegung und Beschleunigung ebenfalls mit demselben Sensor gemessen.
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In vorteilhaften Ausführungen ist auf der dem Hochdruckbereich entgegengesetzten Seite der Sensorbohrung ein Niederdruckbereich ausgebildet. Dadurch ist das Volumen des Hochdruckbereichs beschränkt und wird kaum durch die Fertigungstoleranzen der Sensoranordnung beeinflusst. Außerdem ist die weitere Kontaktierung der beiden Kontaktdrähte bis zum Steuergerät einfacher auszuführen.
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Zeichnungen
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1 zeigt schematisch einen Kraftstoffinjektor eines erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzsystems im Längsschnitt, wobei nur die wesentlichen Bereiche dargestellt sind.
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2 zeigt schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Kraftstoffinjektors des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzsystems im Längsschnitt, wobei auch hier nur die wesentlichen Bereiche dargestellt sind.
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3 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel eines Rails des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzsystems im Längsschnitt, wobei auch hier nur die wesentlichen Bereiche dargestellt sind.
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4 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel einer Hochdruckpumpe des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzsystems im Längsschnitt, wobei auch hier nur die wesentlichen Bereiche dargestellt sind.
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5 zeigt im Querschnitt eine weitere Ausführungsform einer Sensoranordnung des erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors.
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Beschreibung
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1 zeigt einen Längsschnitt eines Kraftstoffinjektors 101 für ein Kraftstoffeinspritzsystem 100, wobei nur die für die vorliegende Erfindung wesentlichen Teile dargestellt sind. Der Kraftstoffinjektor 101 dient der Einspritzung von unter Hochdruck stehendem Kraftstoff, der beispielsweise aus einem sogenannten Common Rail bzw. Rail oder aus einem internen Hochdruckspeicher des Kraftstoffinjektors 101 zugeführt werden kann, in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine. Innerhalb des Kraftstoffeinspritzsystems 100 wird der Kraftstoff in einer Hochdruckpumpe verdichtet und von dieser dem Rail zugeführt.
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Der Kraftstoffinjektor 101 weist einen in einem Gehäuse 20 ausgebildeten Druckraum 21 auf, in dem eine Düsennadel 22 längsverschiebbar angeordnet ist. Der Druckraum 21 ist durch einen nicht dargestellten Hochdruckkanal mit dem Hochdruckspeicher bzw. mit dem Rail verbunden und dadurch mit Kraftstoff gefüllt. Durch ihre Längsbewegung wirkt die Düsennadel 22 mit einem am Gehäuse 20 ausgebildeten Düsennadelsitz 23 zusammen und öffnet und schließt dadurch zumindest eine im Gehäuse 20 ausgebildete Einspritzöffnung 24 zur Einspritzung von Kraftstoff unter hohem Druck in den Brennraum einer Brennkraftmaschine. An der Düsennadel 22 ist eine Druckschulter 22a ausgebildet, an der aufgrund des Hochdrucks im Druckraum 21 eine hydraulisch öffnende, d.h. vom Düsennadelsitz 23 weggerichtete Kraft wirkt.
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Das Gehäuse 20 ist am düsennadelsitzabgewandten Ende mit einer Ventilplatte 29 durch eine nicht dargestellte Spannvorrichtung verspannt, so dass die Ventilplatte 29 den Druckraum 21 begrenzt. Zwischen der Düsennadel 22, der Ventilplatte 29 und einer Hülse 28, in der das düsennadelsitzabgewandte Ende der Düsennadel 22 längsbeweglich geführt ist, ist ein Steuerraum 25 ausgebildet, der durch eine in der Hülse 28 ausgebildete Zulaufdrossel 28a mit dem Druckraum 21 verbunden ist. Die Hülse 28 wird von einer die Düsennadel 22 umgebenden Düsenfeder 31 gegen die Ventilplatte 29 gedrückt. Gleichzeitig übt die Düsenfeder 31 eine schließende Kraft auf die Düsennadel 22 aus, da sie sich an einem Absatz 22b der Düsennadel 22 unter Druckvorspannung abstützt.
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Der Druck im Steuerraum 25, der ebenfalls eine schließende Kraft auf die Düsennadel 22 ausübt, wird von einem nicht dargestellten Steuerventil gesteuert, das eine in der Ventilplatte 29 ausgebildete Ablaufdrossel 29a öffnet und schließt, so dass die Ablaufdrossel 29a den Steuerraum 25 mit einem nicht dargestellten Niederdruckraum verbindet bzw. die Verbindung unterbrochen wird.
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Eine Sensoranordnung 10 ist in eine im Gehäuse 20 ausgebildete und radial nach außen verlaufende Sensorbohrung 11 so eingepresst, dass ein Sensor 3 der Sensoranordnung 10 im Druckraum 21 angeordnet ist. Die Sensoranordnung 10 umfasst neben dem Sensor 3 zwei Kontaktdrähte 1 und 2, die in eine elektrisch nicht leitende Ummantelung 7 eingegossen sind, und eine Außenhülse 8, in die die Ummantelung 7 eingegossen oder eingepresst ist. Die beiden Kontaktdrähte 1 und 2 sind mit dem Sensor 3 elektrisch leitend verbunden, beispielsweise über Lötkontakte, werden jedoch durch die Ummantelung 7 elektrisch voneinander isoliert geführt.
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Die Sensoranordnung 10 füllt die Sensorbohrung 11 vollständig aus und verschließt diese flüssigkeitsdicht, so dass der Druckraum 21 gegenüber dem dem Druckraum 21 entgegengesetzten Ende der Sensoranordnung 11, an dem Niederdruck bzw. Atmosphärendruck anliegt, abgedichtet ist. Die beiden Kontaktdrähte 1 und 2 können im Niederdruckbereich mit Kunststoff vergossen werden, um die elektrische Isolation der Kontaktdrähte voneinander auch außerhalb der Sensoranordnung 10 fortzuführen.
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Je nach Ausführungsform kann der Sensor 3 ein Signal liefern, aus dem sich beispielsweise Druck und/oder Temperatur des Kraftstoffs im Druckraum 21 bestimmen lassen. Zusätzlich ist es auch denkbar beispielsweise die Beschleunigung durch den Sensor 3 zu bestimmen, um daraus eine Schüttelbelastung zu ermitteln. In einem Steuergerät können diese Daten verarbeitet werden. Beispielsweise kann anhand des Druckverlaufs im Druckraum 21 die Einspritzcharakteristik des Kraftstoffinjektors 101 für nachfolgende Einspritzungen verändert werden, indem das Steuerventil vom Steuergerät entsprechend verändert angesteuert wird, wodurch das gesamte Kraftstoffeinspritzsystem 100 effizienter wird.
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2 zeigt schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Kraftstoffinjektors 101 des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzsystems 100 im Längsschnitt, wobei ebenfalls nur die wesentlichen Bereiche dargestellt sind.
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Wie in der 1 weist auch das Ausführungsbeispiel des Kraftstoffinjektors 101 der 2 den im Gehäuse 20 ausgebildeten Druckraum 21 auf, in dem die Düsennadel 22 längsverschiebbar angeordnet ist und mit dem am Gehäuse 20 ausgebildeten Düsennadelsitz 23 zusammenwirkt und dadurch zumindest eine im Gehäuse 20 ausgebildete Einspritzöffnung 24 zur Einspritzung von Kraftstoff unter hohem Druck in den Brennraum einer Brennkraftmaschine öffnet und schließt. Der Druckraum 21 ist durch einen durch das Gehäuse 20 führenden Hochdruckkanal 35 mit dem Hochdruckspeicher bzw. mit dem Rail verbunden. An der Düsennadel 22 ist eine Druckschulter 22a ausgebildet, an der aufgrund des Hochdrucks im Druckraum 21 eine hydraulisch öffnende, d.h. vom Düsennadelsitz 23 wegführende Kraft wirkt.
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Die Anordnung der folgenden Merkmale der 2 weicht von der Ausführungsform der 1 ab:
Die auf die Düsennadel 22 schließend wirkende Düsenfeder 31 ist im Steuerraum 25 angeordnet und die Düsennadel 22 ist im Gehäuse 20 eng geführt. Dadurch entfällt in diesem Ausführungsbeispiel die Hülse des Ausführungsbeispiels der 1. Auf einer dem Brennraum abgewandten Stirnseite 20b des Gehäuses 20 ist eine Ausnehmung 20a ausgebildet, die sich an den Steuerraum 25 anschließt. Die Ventilplatte 29 ist in die Ausnehmung 20a eingepresst bzw. eingelegt und mit einer nicht dargestellten Spannvorrichtung mit dem Gehäuse 20 flüssigkeitsdicht verspannt.
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In der Ventilplatte 29 sind die Zulaufdrossel 28a und die Ablaufdrossel 29a zur Steuerung des Drucks im Steuerraum 25 angeordnet. Die Zulaufdrossel 28a ist dabei permanent mit dem Hochdruckspeicher bzw. Rail verbunden und die Ablaufdrossel 29a über ein nicht dargestelltes Steuerventil schaltbar mit einem nicht dargestellten Niederdruckraum verbindbar.
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Die Sensoranordnung 10 ist so angeordnet, dass der Sensor 3 in den Steuerraum 25 ragt. Aufgrund der Ausnehmung 20a kann die Sensorbohrung 11 in diesem Ausführungsbeispiel schräg durch das Gehäuse 20 an der Ventilplatte 29 vorbeigeführt werden, so dass sie an der Stirnseite 20b austritt. Eine Kontaktierung der beiden Kontaktdrähte 1 und 2 der Sensoranordnung 10 zur Weiterführung der elektrischen Leitung erfolgt dadurch im Bereich der Stirnseite 20b und nicht radial außerhalb des Gehäuses 20 wie im Ausführungsbeispiel der 1.
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In anderen Ausführungsformen kann die Sensorbohrung 11 selbstverständlich auch radial nach außen verlaufen. Die Kontaktierung der beiden Kontaktdrähte 1 und 2 erfolgt dann allerdings radial außerhalb des Gehäuses 20 und nicht an dessen Stirnseite 20b.
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Die Sensoranordnung 10 selbst ist im Ausführungsbeispiel der 2 allerdings analog zum vorherigen Ausführungsbeispiel der 1 ausgeführt:
Die Sensoranordnung 10 umfasst neben dem Sensor 3 die beiden Kontaktdrähte 1 und 2, die in die elektrisch nicht leitende Ummantelung 7, vorzugsweise aus Glas, eingegossen sind, und die Außenhülse 8, vorzugsweise aus Metall, in die die Ummantelung 7 eingegossen oder eingepresst ist. Die beiden Kontaktdrähte 1 und 2 sind mit dem Sensor 3 elektrisch leitend verbunden.
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3 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel eines Rails 102 des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzsystems 100 im Längsschnitt, wobei die Sensoranordnung 10 in dem Rail 102 des Kraftstoffeinspritzsystems 100 angeordnet ist. Das Rail 102 umfasst ein Gehäuse 20 in dem ein Speicherraum 41 zur Speicherung von unter Hochdruck stehendem Kraftstoff ausgebildet ist. Das Gehäuse 20 weist einen ersten Anschluss 45 auf, über den der Speicherraum 41 zumindest mittelbar mit einer nicht dargestellten Hochdruckpumpe verbunden ist und so mit dem von der Hochdruckpumpe geförderten Kraftstoff befüllt wird. Weiterhin weist das Gehäuse 20 mindestens einen zweiten Anschluss 46 auf, über den der Speicherraum 41 zumindest mittelbar mit mindestens einem Kraftstoffinjektor verbunden ist, und über den das Rail 102 den mindestens einen Kraftstoffinjektor mit unter Hochdruck stehendem Kraftstoff speist.
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Um einen maximalen Druck im Speicherraum 41 nicht zu überschreiten, ist im Gehäuse 20 des Rails 102 ein Druckbegrenzungsventil 48 angeordnet, das bei Überschreitung des maximalen Drucks im Speicherraum 41 diesen mit einem nicht dargestellten Niederdruckbereich verbindet und diese Verbindung wieder schließt, wenn der Druck im Speicherraum 41 unter den maximalen Druck fällt.
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Die Sensoranordnung 10 ist in einer im Gehäuse 20 ausgebildeten Sensorbohrung 11 so angeordnet, dass der Sensor 3 in den Speicherraum 41 ragt. Die Sensoranordnung 10 selbst ist analog zu den vorangegangenen Ausführungsbeispielen ausgeführt, mit zwei Kontaktdrähten 1 und 2, die in die elektrisch nicht leitende Ummantelung 7 eingegossen sind, und mit der Außenhülse 8, in die die Ummantelung 7 eingegossen oder eingepresst ist. Die beiden Kontaktdrähte 1 und 2 sind mit dem Sensor 3 elektrisch leitend verbunden.
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4 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Zylinderkopfs 104 einer Hochdruckpumpe 103 eines erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzsystems 100 im Längsschnitt, wobei auch hier nur die wesentlichen Bereiche dargestellt sind.
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Der Zylinderkopf 104 umfasst ein Gehäuse 20, in dem ein Verdichtungsraum 62 ausgebildet ist. Der Verdichtungsraum 62 wird über ein nicht dargestelltes Saugventil, das in einem am Gehäuse 20 ausgebildeten Saugventilanschluss 64 angeordnet ist, mit unter Niederdruck stehendem Kraftstoff befüllt. Eine ebenfalls im Gehäuse 20 ausgebildete Kolbenbohrung 61 mündet in den Verdichtungsraum 62. In der Kolbenbohrung 61 ist ein nichtdargestellter Pumpenkolben geführt, der durch seine Auf- und Abwärtsbewegung das Volumen des Verdichtungsraums 62 verändert und dadurch den darin befindlichen Kraftstoff verdichtet.
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Eine im Gehäuse 20 ausgebildete Railanschlussbohrung 60 führt vom Verdichtungsraum 62 weg und mündet zumindest mittelbar in ein nicht dargestelltes Rail. Dafür ist am Gehäuse 20 ein Railanschluss 63 ausgebildet, an den ein nichtdargestellter Hochdruckanschluss angebracht wird. In der Railanschlussbohrung 60 ist ein nicht dargestelltes Rückschlagventil angeordnet, das den Verdichtungsraum 62 mit dem Rail verbindet, wenn ein Grenzdruck im Verdichtungsraum 62 überschritten wird, und dann den verdichteten Kraftstoff zum Rail strömen lässt; dies geschieht, wenn sich der Pumpenkolben auf dem Weg in seinen oberen Totpunkt befindet. Das Rückschlagventil schließt die Verbindung zum Rail, wenn der Grenzdruck im Verdichtungsraum 62 unterschritten wird; dies geschieht, wenn sich der Pumpenkolben von seinem oberen Totpunkt entfernt.
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Die Sensoranordnung 10 ist in einer im Gehäuse 20 ausgebildeten Sensorbohrung 11 so angeordnet, dass der Sensor 3 in die Railanschlussbohrung 60 ragt. In anderen Ausführungen ragt der Sensor 3 in den Verdichtungsraum 62. Die Sensoranordnung 10 selbst ist wiederum analog zu den vorangegangenen Ausführungsbeispielen ausgeführt, mit zwei Kontaktdrähten 1 und 2, die in die elektrisch nicht leitende Ummantelung 7 eingegossen sind, und mit der Außenhülse 8, in die die Ummantelung 7 eingegossen oder eingepresst ist. Die beiden Kontaktdrähte 1 und 2 sind mit dem Sensor 3 elektrisch leitend verbunden.
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5 zeigt im Querschnitt eine Ausführungsform der Sensoranordnung 10 eines weiteren erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzsystems 100 und ist als Alternative zu allen oben dargestellten Ausführungsformen verwendbar. Die Sensoranordnung 10 ist dabei in die radial nach außen oder schräg verlaufende Sensorbohrung 11, die im Gehäuse 20 ausgebildet ist, eingepresst: die Pressverbindung ist ein konischer Pressverband, in dem sowohl die Außenhülse 8 als auch die Sensorbohrung 11 in gleicher Weise konisch geformt sind, nämlich sich nach außen verjüngen. Der Sensor 3 ist im Hochdruckbereich, beispielsweise Druckraum, Steuerraum, Speicherraum, Verdichtungsraum oder Railanschlussbohrung angeordnet; dadurch wirkt auf die gesamte Sensoranordnung 10 eine vom Hochdruckbereich nach außen gerichtete Kraft und drückt so die Sensoranordnung 10 an der Außenhülse 8 in den „Kegelsitz“ der konischen Sensorbohrung 11. Die Montage der Sensoranordnung 10 erfolgt in dieser Ausführung durch den Hochdruckbereich im Inneren des Gehäuses 20. Vorteilhafterweise sind dabei die Kegelwinkel von Sensorbohrung 11 und Außenhülse 8 gleich groß.
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Im Hochdruckbereich münden die beiden Kontaktdrahtenden 1a und 2a der beiden Kontaktdrähte 1 und 2 aus der Ummantelung 7 und sind über jeweils einen Lötkontakt 4 bzw. 5 mit dem Sensor 3 elektrisch leitend verbunden. Alternativ können auch andere elektrisch leitende Verbindungsarten gewählt werden. Die Ummantelung 7 ist in die eine größere Festigkeit aufweisende Außenhülse 8 eingefasst. Dabei kann die Außenhülse 8 aus elektrisch leitendem Material, z.B. Stahl gefertigt sein, da die beiden Kontaktdrähte innerhalb der Sensoranordnung 10 durch die Ummantelung 7 elektrisch isoliert sind.
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Auf der Niederdruckseite der Sensorbohrung 11 sind die beiden Kontaktdrähte 1 und 2 außerhalb der Sensoranordnung 10 mit einer Vergussmasse 35, vorzugsweise aus Kunststoff, fixiert, um die elektrische Isolation der Kontaktdrähte 1 und 2 voneinander auch außerhalb der Sensoranordnung 10 sicherzustellen.
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Aufgrund der im Kraftstoffeinspritzsystem 100 über die Lebensdauer herrschenden Temperaturschwankungen sind die Materialien der Sensoranordnung 10 und des Gehäuses 20 vorzugsweise so gewählt, dass die Wärmeausdehnungskoeffizienten von zwei miteinander in Kontakt stehenden Materialien bzw. Bauteilen um nicht mehr als 25% voneinander abweichen, um keine zu großen thermischen Spannungen zu erzeugen. Andernfalls besteht zum einen das Risiko von zu hohen Bauteilbeanspruchungen, zum anderen kann aber auch die Dichtigkeit, sowohl innerhalb der Sensoranordnung 10 als auch zwischen Sensoranordnung 10 und Gehäuse 20, vermindert werden, wenn die auftretenden Temperaturen die Kontaktdrücke zwischen zwei Bauteilen verringern.
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Die Sensoren 3 der dargestellten Ausführungsformen können Sensoren für verschiedene physikalische Größen sein, vorzugsweise aber Sensoren für Temperatur und vor allem Druck. Es sind auch Sensoren 3 verwendbar, die mehrere physikalische Größen gleichzeitig erfassen, beispielsweise Druck und Temperatur. Weiterhin sind auch Sensoren für Beschleunigung, Bewegung und Neigung verwendbar, speziell wenn diese gleichzeitig Temperatur und/oder Druck messen können. Von diesen Größen kann vor allem der Druckverlauf im Druckraum 21 gut zur Beschreibung der Charakteristik des Kraftstoffeinspritzsystems 100 verwendet werden, beispielsweise für die Einspritzcharakteristik des Kraftstoffinjektors 101 oder für die Druckpulsationen in dem Rail 102 und in der Hochdruckpumpe 103.
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Die beiden Kontaktdrähte 1 und 2 sind mindestens mittelbar mit einem nicht dargestellten Steuergerät verbunden, so dass der Verlauf der physikalischen Größe, z.B. der Druck, hinreichend aufgezeichnet und verarbeitet werden kann. Beispielsweise kann die Einspritzcharakteristik des Kraftstoffinjektors 101 somit erfasst, aber auch aufgrund des gemessenen Verlaufs verändert werden, z.B. durch eine Änderung der Ansteuerung des Steuerventils, um den Druckverlauf im Steuerraum 25 direkt zu beeinflussen und damit auch z.B. die in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzte Kraftstoffmenge.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011051765 A1 [0002]
