EP1399665A1 - Ventil zum steuern von fluiden sowie verfahren zur bestimmung von drücken - Google Patents

Ventil zum steuern von fluiden sowie verfahren zur bestimmung von drücken

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EP1399665A1
EP1399665A1 EP02754189A EP02754189A EP1399665A1 EP 1399665 A1 EP1399665 A1 EP 1399665A1 EP 02754189 A EP02754189 A EP 02754189A EP 02754189 A EP02754189 A EP 02754189A EP 1399665 A1 EP1399665 A1 EP 1399665A1
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EP
European Patent Office
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valve
pressure
sensor
valve member
sensor element
Prior art date
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Pending
Application number
EP02754189A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Till Schmauser
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • F02D35/02—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for on interior conditions
    • F02D35/023—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for on interior conditions by determining the cylinder pressure
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    • F02M2200/00—Details of fuel-injection apparatus, not otherwise provided for
    • F02M2200/24—Fuel-injection apparatus with sensors

Definitions

  • the present invention relates to a valve for controlling fluids, in particular a fuel injection valve, with an integrated device for determining pressures and a method for determining pressures and pressure changes in a combustion chamber of a motor vehicle.
  • knock sensors are used, for example, to determine knock.
  • These known knock sensors detect knocking of the engine by excitation of a seismic mass. The mechanical impulses are converted into electrical signals, which are evaluated by a control unit.
  • Knock sensors are mechanically firmly connected to the cylinder or engine block from the outside. With such knock sensors, however, only knock detection is possible.
  • Combustion chamber pressure sensors are also known, which are provided in a separate bore in the cylinder head for the continuous measurement of the gas pressure in the combustion chamber.
  • a disadvantage of these known Drucketz is that this each have its own bore in each cylinder Cylinder head of the engine and a separate line for each cylinder must be provided, which is relatively complex and expensive to manufacture.
  • the so-called ion current measurement is known, which is based on the measurement of current flow over ions with an attached electrode voltage, which are generated by ignition ignition when the mixture is ignited. If current flows through these ions through the measuring voltage applied to the candle electrodes, the gas mixture was ignited.
  • the ion current measurement _. B. on the candle electrodes, there is the possibility of obtaining controlled variables for controlling the motor.
  • misfires and engine knock can be detected and the mixture preparation can be optimized.
  • the device according to the invention for recording pressures and for recording pressure changes has the advantage that it is integrated directly into a valve for controlling fluids.
  • the valve for controlling fluids comprises a valve member which is arranged in a housing and which releases or closes a connection to a downstream space. Furthermore, an actuating element for actuating the valve member and a biasing element for biasing the valve member in a biasing direction are provided.
  • the valve member is in contact with a sensor element in order to record pressure information from the downstream room.
  • the invention Valve with integrated pressure absorption is used in particular in engines as a fuel injection valve or as an exhaust / exhaust valve. Since the valve has a direct connection to the downstream space, such as a combustion chamber, via the valve element, the pressures or pressure changes occurring there can be transmitted to the sensor element via the valve element. No further drilling in the cylinder head is necessary.
  • the sensor element is arranged outside the valve housing.
  • the sensor element can either be arranged as a separate component between the valve housing and a cylinder head and can be preloaded by means of a fastening, or an integral part of the
  • valve housing The pressure curve in the combustion chamber is transferred to the pressure sensor via the housing. This pressure information can then be passed on to an regulating device via an electrical circuit or also directly as an electrical signal and evaluated.
  • the pressure sensor can be used as a so-called "add-on solution", in particular for retrofitting pressure valves.
  • add-on solution in particular for retrofitting pressure valves.
  • the sensor element In the case of an integral arrangement of the sensor element, it can be fused, for example, to the pressure valve housing.
  • electromagnetic actuators it is also possible, particularly in the case of electromagnetic actuators, to use a sensor
  • piezoelectric or magnetostrictive actuators in order to optimize the performance of the actuator or the sensitivity of the sensor, it may be necessary to separate the actuator and sensor.
  • valves and butterfly valves for metering of fluids with integral measurement of pressure in the downstream chamber
  • present invention can be used both with directly actuated valve needles or closure parts and also with hydraulically and / or mechanically translated systems.
  • the actuating element of the valve member is preferably designed as a piezo actuator, as an electromagnetic coil or as a magnetostrictive element.
  • the actuating element is simultaneously designed as a sensor element. This makes it possible to dispense with the provision of a separate sensor element, since the already existing actuating element for actuating the valve member can simultaneously be used as a sensor element. This is particularly preferably possible if the actuating element is designed as a piezo actuator or as a magnetostrictive element. If the actuating element is designed as a piezo actuator, the valve member is actuated in a known manner by the piezoelectric effect. A predetermined voltage is applied to the piezo actuator in order to cause a length change in the piezo actuator in order to
  • the piezo actuator maintains its length change as long as the voltage is maintained unchanged. This makes it possible in the inactive phase of the piezo actuator, in which there is no change in the voltage, to absorb the pressure changes occurring in the downstream space, which changes are transmitted to the piezoceramic element via the valve member.
  • the piezo actuator also works as a sensor at the same time. So that serves piezoelectric element simultaneously as an actuator and as a sensor. When used as a fuel injector, pressure changes caused by knocking can be absorbed in a simple manner. It is also possible that the piezoelectric element is calibrated and thus an absolute pressure in the combustion chamber can be determined, the applied voltage serving as the measurement variable. In this way, for example, an optimal ignition timing can be determined via a control device. According to the invention can thus with different training variants of the invention
  • Pressures can be determined in different time windows, whereby both dynamic and absolute or relative pressures can be determined.
  • the sensor element is designed as a magnetostrictive element.
  • magnetostrictive elements the geometric dimensions of a body change under the influence of a magnetic field. The body is stretched depending on the magnetic field strength.
  • magnetoelastic or magnetomechanical effect This causes a change in the magnetic induction under the influence of a mechanical stress.
  • this can be used for the use of the magnetostrictive element both as an actuator and as a sensor, the pressure changes being transmitted to the magnetostrictive element via the valve element in the inactive phase of the valve element and, because of the occurring elements, corresponding to the piezoelectric element Change in magnetic induction can be determined.
  • Terfenol-D for example, can be used as the magnetostrictive material. So can With a magnetostrictive element as an actuator, it can also be used as a sensor, with which pressure changes and, with appropriate calibration, absolute pressures can be recorded.
  • the sensor element is preferably arranged on a common axis with the valve member.
  • the sensor element designed as a piezo actuator is preferably also biased by the biasing element of the valve member. This allows the number of components to be further reduced.
  • the line present between the actuating element and a control device is also preferably used for signal transmission of the signals of the actuating element operating as a sensor.
  • the sensor element is provided as a separate component, it is preferably arranged directly adjacent to the actuating element.
  • the separate sensor element can be arranged, for example, between the valve member and the actuating element, or it is arranged on the end of the actuating element opposite the valve member.
  • Fuel injector also uses the fuel injector as a pressure transducer. As a result, the number of components on the engine can be reduced and, in particular, the manufacturing costs can be significantly reduced.
  • the actuating element of the valve member is simultaneously used as a sensor element.
  • the valve thus has the function of injecting fuel as well as the detection of pressures and pressure changes in the combustion chamber, with which knocking and misfires in particular can be recognized.
  • the ignition timing can also be optimized and the mixture preparation optimized, which leads to fuel savings and a reduction in pollutants.
  • the method according to the invention can also be used when the sensor element is arranged outside the valve housing (as a separate component or as an integral part of the housing). The pressure information is transmitted to the sensor element via the housing.
  • the present invention is particularly preferably used in the case of an outward opening valve, since the valve member projects into the space from which pressures or pressure changes are to be transmitted to a sensor.
  • the present invention thus easily solves the problem of taking up pressure in a room, a combination of a valve and a pressure sensor being realized.
  • the pressure is absorbed by the movable valve member, which can transmit the pressure to the sensor element in the inactive phase of the valve (fully open valve or completely closed valve). As a result, the dynamic pressure of the flow is measured in particular. If the sensor element is arranged outside the valve housing, a differential pressure between the combustion chamber and the surroundings is preferably measured.
  • a piezoelectric actuator or a magnetostrictive actuator of a fuel injection valve is particularly preferably used as an actuating element and as a pressure recording sensor for recording pressures or pressure changes in a combustion chamber of an engine.
  • the piezoelectric pressure sensor is mounted under pretension between a cylinder head and a valve head extending into the combustion chamber, wherein the pressure sensor can be designed as a separate component or as an integral part of the valve housing.
  • Figure 1 shows a schematic sectional view of a
  • Valve for controlling liquids according to one first exemplary embodiment of the present invention
  • FIG. 2 shows a schematic sectional view of a second exemplary embodiment of a valve for
  • FIG. 3 shows a schematic sectional view of a third exemplary embodiment of a valve according to the invention for controlling liquids
  • FIG. 4 shows a schematic, partially sectioned view of a fourth exemplary embodiment of a valve according to the invention for controlling liquids
  • FIG. 5 shows a schematic sectional view of a fifth exemplary embodiment of a valve according to the invention for controlling liquids
  • FIG. 6 shows a schematic sectional view of a sixth exemplary embodiment according to an inventive valve for controlling liquids
  • FIG. 7 shows a schematic sectional view of a seventh exemplary embodiment of a valve according to the invention for controlling liquids.
  • a first exemplary embodiment of a valve 1 for controlling liquids according to the present invention is described below with reference to FIG. 1.
  • the valve 1 is designed as a fuel injection valve.
  • the valve 1 comprises a magnetostrictive element 2, which is cylindrical and is used as an actuator.
  • the actuator is surrounded by an electromagnetic coil 6.
  • Via a connector 5, the actuator is connected to a valve member 3, which releases or closes a valve seat 4.
  • a return spring 10 is arranged between the connecting piece 5 and the valve seat 4. The return spring 10 resets both the magnetostrictive element and the valve member 3, both of which are firmly connected to the connecting piece 5. Pressurized fuel is fed via a fuel feed line 7 into a front region of the valve member 3 (cf. FIG. 1).
  • the actuator consists of the magnetostrictive component 2 and the electromagnetic coil 6.
  • Terfenol-D for example, can be used as the material for the magnetostrictive component 2.
  • the actuator is also used at the same time as a pressure pick-up sensor, which picks up pressures or a pressure curve in the inactive phase of the valve, such as knocking in particular from the engine combustion chamber.
  • the function of the actuator / sensor according to the invention is as follows. If fuel is to be injected from the fuel supply line 7 into the combustion chamber, a magnetic field is generated by the electromagnetic coil 6. by virtue of This magnetic field extends the magnetostrictive component 2 in the direction of the valve member 3, which is firmly positioned with its other end in the housing 11 of the valve. This change in length of the magnetostrictive component 2 is transmitted via the connecting piece 5 to the valve member 3, which thereby lifts it from its valve seat 4. As a result, the fuel under pressure in the line 7 m can be injected into the combustion chamber. At the time of the injection, the valve member 3 remains in its open position in a so-called inactive phase.
  • the magnetostrictive component 2 is partially printed together.
  • the magnetic induction changes as a function of this mechanical tension, which can be tapped off as a signal on the electromagnetic coil 6.
  • the actuator according to the invention can also be used as a sensor at the same time.
  • the present invention can be used not only with an outward opening valve, as shown in FIG. 1, but also with an inward opening valve.
  • FIG. 2 shows a valve according to a second exemplary embodiment of the present invention. Identical or functionally identical parts are identified by the same reference symbols as in the first exemplary embodiment.
  • the valve 1 according to the second exemplary embodiment essentially corresponds to the valve according to the first exemplary embodiment.
  • a separate sensor 9 is provided in the valve 1 according to the second exemplary embodiment for recording pressures in the engine compartment.
  • the sensor 9 is designed as a piezoelectric stack or as a simple piezoceramic plate, which has an annular or plate-like shape.
  • the piezoelectric sensor 9 is arranged between the magnetostrictive component 2 and the housing 11. When the valve is closed, the pressure curve in the combustion chamber is transmitted via valve needle 3 and intermediate piece 5 to magnetostrictive component 2 and from there to piezoelectric sensor 9.
  • valve 1 designed as a fuel injection valve also serves as a pressure sensor, with the piezoelectric sensor 9 on a common axis XX with the valve member 3 is arranged.
  • the second exemplary embodiment corresponds to the first exemplary embodiment, so that reference can be made to the description given there.
  • FIG. 3 shows a valve according to the invention in accordance with a third exemplary embodiment of the present invention. Identical or functionally identical parts are identified by the same reference symbols as in the first exemplary embodiment.
  • the valve shown in FIG. 3 is an electromagnetically actuated valve which comprises a current coil 6 and a valve needle 3 with a magnet armature.
  • a spring 10 holds the valve needle 3 in its closed position.
  • a pressure sensor 9 designed as a piezoelectric stack is provided, which is arranged between the valve needle collar and the spring 10.
  • the coil 6 is supplied with current via an electrical connection 12.
  • a filter screen 13 for filtering solid particles from the fuel and two O-Rmge 14 are provided to enable a sealing of the valve.
  • pressure changes in the combustion chamber are transmitted to the piezoelectric sensor 9 via the valve member 3 in the unmoved open position or closed position.
  • FIG. 4 shows a valve according to the invention in accordance with a fourth exemplary embodiment of the present invention. Identical or functionally identical parts are again identified by the same reference numerals as in the previous exemplary embodiments.
  • valve 1 comprises an actuation actuator 2 which actuates a valve head 3.
  • a piezoelectric sensor 9 is between an insulating washer 16 and one
  • a preload F acts on the fastening collar 15.
  • the valve 1 is arranged on a cylinder head 17 and also has a fuel feed line 7 and an electrical connection 12.
  • the piezoelectric sensor is a separate component, which is arranged outside the valve housing.
  • the valve 1, regardless of its type, is attached to the cylinder head in such a way that the piezoelectric sensor 9 is under the pre-tension F, caused by the attachment to the cylinder head between the valve collar 15 and the cylinder head 17.
  • This preload F counteracts a graph F Br according to the end face A of the valve head due to the pressure difference between the combustion chamber 18 and the environment pO.
  • Throttle valve can be used. Furthermore, a seal is provided on the valve head 3.
  • FIG. 5 shows a valve according to a fifth exemplary embodiment of the present invention. Identical or functionally identical parts are designated with the same reference symbols as in the previous exemplary embodiments.
  • the valve 1 comprises a piezoelectric actuator 2 and a separate piezoelectric sensor 9.
  • the actuator 2 and the sensor 9 are arranged directly adjacent to one another and positioned between two plate-like elements.
  • the actuator 2 is firmly connected to a valve member 3, which releases or closes a valve seat 4 in order to establish a connection to a combustion chamber 18.
  • the actuator 2 is supported on a counter bearing 19 so that when actuated it increases its length in the direction of a spring 10.
  • the spring 10 is located above
  • Connection piece 5 in connection with the actuator 2 and prestresses it.
  • the mode of operation of the valve shown in FIG. 5 is such that when the piezo actuator 2 is actuated, it increases its length in the direction of the spring 10, so that the valve needle 3 firmly connected to the piezo actuator 2 lifts off its valve seat 4 and a fuel injection can take place in the combustion chamber 18. Pressure changes that occur, for example by knocking, are transmitted to the piezoelectric sensor 9 via the valve needle 3 and from there are forwarded as signals to a control and regulating device. In this case, the same line can be used, which is available for controlling the piezo actuator 2.
  • FIG. 6 shows a valve 1 according to a sixth exemplary embodiment of the present invention. Identical or functionally identical parts are identified by the same reference numerals as in the previous exemplary embodiments.
  • a piezo actuator 2 and a piezoelectric sensor 9 are also formed as two separate components.
  • the piezoelectric sensor 9 is arranged between the piezo actuator 2 and an intermediate piece 5, which is connected to the valve needle 3.
  • a spring 10 holds the valve needle 3 m from its closed position.
  • a spring 21 biases the actuator 2 and the sensor 9.
  • the piezo actuator 2 When the piezo actuator 2 is activated, it changes its length in the direction of its longitudinal axis, so that the stroke of the piezo actuator 2 via the connecting piece 5 to the
  • Valve needle 3 is transmitted and lifts it from its valve seat 4. A connection between a fuel feed line 7 and a combustion chamber is thereby released, so that fuel is injected into the combustion chamber. The tip of the valve needle 3 is partially in the combustion chamber.
  • the sixth exemplary embodiment essentially corresponds to the second to fifth exemplary embodiment, so that reference can be made to the descriptions given there.
  • FIG. 7 shows a valve according to a seventh exemplary embodiment of the present invention. Identical or functionally identical parts are identified by the same reference symbols as in the preceding exemplary embodiments.
  • the seventh exemplary embodiment essentially corresponds to the sixth exemplary embodiment, in contrast to the sixth exemplary embodiment in the seventh
  • a first connector 5 and a second connector 20 is arranged between the valve needle 3 and the piezoelectric sensor 9. Furthermore, a separate bias spring 21 is provided in order to bias the actuator 2 designed as a piezoelectric element. A collar 22 is also provided in the valve needle 3 in order to support a return spring 10 which holds the valve needle 3 in its closed position. Otherwise corresponds to the seventh exemplary embodiment substantially 'the exemplary embodiments described above may be such that no detailed description.
  • the present invention thus relates to a valve or a throttle valve with an integrated pressure transducer for controlling fluids, in particular a
  • Fuel injection valve which has a valve member 3 arranged in a housing 11 to connect to to release or close a subordinate room 18.
  • An actuating element 2 is provided for actuating the valve member 3.
  • the valve member 3 is prestressed in a prestressing direction by means of a prestressing element 10. Furthermore, the valve head is in the
  • Combustion chamber protrudes with a sensor element 9 in order to receive pressure information from the space 18 downstream of the valve member.
  • the sensor element 9 can be provided as a separate component or, according to a particularly preferred embodiment, it can
  • Actuating element can also be used as a sensor element.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ventil zum Steuern von Fluiden, insbesondere ein Kraftstoffeinspritzventil, welches ein in einem Gehäuse (11) angeordnetes Ventilglied (3) aufweist, um eine Verbindung zu einem nachgeordneten Raum (18) freizugeben oder zu verschliessen. Ein Betätigungselement (2) ist zur Betätigung des Ventilglieds (3) vorgesehen. Das Ventilglied (3) ist mittels eines Vorspannelements (10) in eine Vorspannrichtung vorgespannt. Weiterhin steht das Ventilglied (3) mit einem Sensorelement (9) in Verbindung, um Druckinformationen aus dem dem Ventilglied nachgeordneten Raum (18) aufzunehmen. Das Sensorelement (9) kann dabei als separates Bauteil vorgesehen werden oder gemäss einer besonders bevorzugten Ausgestaltung wird das Betätigungselement gleichzeitig auch als Sensorelement verwendet.

Description

Ventil zum Steuern von Fluiden sowie Verfahren zur Bestimmung von Drücken
Stand der Technik
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ventil zum Steuern von Fluiden, insbesondere ein Kraftstoffeinspritzventil, mit einer integrierten Vorrichtung zur Bestimmung von Drücken sowie ein Verfahren zur Bestimmung von Drücken und Druckänderungen in einem Brennraum eines Kraftfahrzeugs.
Bei herkömmlichen Motoren werden beispielsweise zur Bestimmung von Klopfen so genannte Klopfsensoren verwendet. Diese bekannten Klopfsensoren erkennen durch Anregung einer seismischen Masse ein Klopfen des Motors. Die mechanischen Impulse werden dabei in elektrische Signale umgesetzt, welche von einem Steuergerät ausgewertet werden. Klopfsensoren werden von außen mechanisch fest mit dem Zylinder bzw. Motorblock verbunden. Mit derartigen Klopfsensoren ist jedoch nur eine Klopferkennung möglich. Weiterhin sind Brennraumdrucksensoren bekannt, welche in einer eigenen Bohrung im Zylinderkopf zur kontinuierlichen Messung des Gasdruckes im Brennraum vorgesehen sind. Nachteilig bei diesen bekannten Druckauf ehmern ist, dass hierzu jeweils eine eigene Bohrung je Zylinder im Zylinderkopf des Motors und jeweils eine eigene Leitung je Zylinder vorgesehen werden muss, was relativ aufwendig ist und die Herstellungskosten verteuert.
Weiterhin ist die so genannte Ionenstrommessung bekannt, welche auf der Messung von Stromfluss über Ionen bei angelegrer Elektrodenspannung basiert, welche bei der Gemischentflammung durch einen Zündfunken entstehen. Fließt durch die an den Kerzenelektroden angelegte Messspannung über diese Ionen Strom, so wurde das Gasgemisch entflammt. Mittels der Ionenstrommessung _. B. an den Kerzenelektroden ergibt sich die Möglichkeit, Regelgrößen für die Steuerung des Motors zu erhalten. Mittels der Ionenstrommessung können beispielsweise Aussetzer und Motorklopfen erkannt sowie die Gemischaufbereitung optimiert werden.
Die bekannten Einrichtungen zum Erkennen von Aussetzern oder Klopfen sind jedoch relativ aufwendig und verursachen zusatzliche Kosten durch zusätzliche Bauteile sowie Montage.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Aufnahme von Drücken und zur Aufnahme von Druckänderungen hat demgegenüber den Vorteil, dass es unmittelbar in ein Ventil zum Steuern von Fluiden integriert ist. Das Ventil zum Steuern von Fluiden umfasst dabei ein in einem Gehäuse angeordnetes Ventilglied, welches eine Verbindung zu einem nachgeordneten Raum freigibt oder verschließt. Weiterhin ist ein Betätigungselement zur Betätigung des Ventilglieds und ein Vorspannelement zum Vorspannen des Ventilglieds in eine Vorspannrichtung vorgesehen. Dabei steht das Ventilglied mit einem Sensorelement in Kontakt, um Druckinformationen aus dem nachgeordneten Raum aufzunehmen. Das erfindungsgemäße Ventil mit integrierter Druckaufnahme wird insbesondere bei Motoren als Kraftstoffemspritzventil oder als Emlass-/ Auslassventil eingesetzt. Da das Ventil über das Ventilglied eine direkte Verbindung mit dem nachgeordneten Raum, wie beispielsweise einem Brennraum, aufweist, können die dort auftretenden Drucke bzw. Druckanderungen über das Ventilglied auf das Sensorelement übertragen werden. Dabei ist keine weitere Bohrung im Zylinderkopf notwendig.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das Sensorelement ausserhalb des Ventilgehauses angeordnet. Dabei kann das Sensorelement entweder als separates Bauteil zwischen dem Ventilgehause und einem Zylinderkopf angeordnet sein und mittels einer Befestigung vorgespannt sein, oder ein integraler Bestandteil des
Ventilgehauses sein. Der Druckverlauf im Brennraum wird dabei über das Gehäuse auf den Drucksensor übertragen. Diese Druckinformation kann dann über eine elektrische Schaltung oder auch direkt als elektrisches Signal an eine Regeleinrichtung weitergegeben werden und ausgewertet werden. Somit kann der Drucksensor als sogenannte „Add-on- Losung" insbesondere zur Nachrüstung von Emspπtzventilen verwendet werden. Bei einer integralen Anordnung des Sensorelements kann dieses beispielsweise mit dem Emspπtzventilgehause verschmolzen sein. Weiterhin ist es auch möglich, insbesondere bei elektromagnetischen Aktoren einen Sensor m den Kraftfluss zu integrieren. Darüber hinaus kann es bei piezoelektrischen oder magnetostriktiven Aktoren zur Optimierung der Leistungsfähigkeit des Aktors oder der Empfindlichkeit des Sensors notig sein, Aktor und Sensor zu trennen.
Es sei angemerkt, dass die vorliegende Erfindung bei jeglicher Art von Ventilen und Drosselklappen zum Zumessen von Fluiden mit integraler Messung des Druckes in der nachgeordneten Kammer verwendet werden kann. Die vorliegende Erfindung kann dabei sowohl bei direkt betätigten Ventilnadeln oder Verschlussteilen eingesetzt werden als auch m hydraulisch und/oder mechanisch übersetzten Systemen.
Vorzugsweise ist das Betatigungselement des Ventilglieds als Piezoaktor, als elektromagnetische Spule oder als magnetostriktives Element ausgebildet.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist das Betatigungselement gleichzeitig auch als Sensorelement ausgebildet. Dadurch kann auf das Vorsehen eines separaten Sensorelements verzichtet werden, da das schon vorhandene Betatigungselement zur Betätigung des Ventilglieds gleichzeitig als Sensorelement verwendet werden kann. Dies ist besonders bevorzugt dann möglich, wenn das Betatigungselement als Piezoaktor oder als magnetostriktives Element ausgebildet ist. Wenn das Betatigungselement als Piezoaktor ausgebildet ist, wird das Ventilglied durch den piezoelektrischen Effekt in bekannter Weise betätigt. Dabei liegt am Piezoaktor eine vorbestimmte Spannung an, um eine Langenanderung des Piezoaktors hervorzurufen, um das
Ventilglied von seinem Ventilsitz abzuheben. Dabei behalt der Piezoaktor seine Langenanderung bei, solange die Spannung unverändert aufrechterhalten wird. Dadurch ist es möglich, in der inaktiven Phase des Piezoaktors, in welcher keine nderung der Spannung erfolgt, die im nachgeordneten Raum auftretenden Druckanderungen, welche über das Ventilglied auf das piezokeramische Element übertragen werden, aufzunehmen. Somit arbeitet der Piezoaktor gleichzeitig auch als Sensor. Damit dient das piezoelektrische Element gleichzeitig als Aktor sowie als Sensor. Bei Verwendung als Kraftstoffeinspritzventil können dabei auf einfache Weise durch Klopfen bedingte Druckanderungen aufgenommen werden. Ebenso ist es möglich, dass das piezoelektrische Element kalibriert wird und somit ein Absolutdruck im Brennraum bestimmt werden kann, wobei die anliegende Spannung als Messgroße dient. Dadurch kann beispielsweise über ein Steuergerat ein optimaler Zundzeitpunkt bestimmt werden. Erfindungsgemaß können somit mit unterschiedlichen Ausbildungsvarianten der Erfindung
Drucke in verschiedenen Zeitfenstern bestimmt werden, wobei sowohl Staudrucke als auch Absolut- bzw. Relativdrucke bestimmbar sind.
Der oben beschriebene Effekt kann auch erhalten werden, wenn das Sensorelement als magnetostriktives Element ausgebildet ist. Bei magnetostriktiven Elementen andern sich die geometrischen Abmessungen eines Korpers unter Emfluss eines Magnetfeldes. Die Dehnung des Korpers erfolgt dabei in Abhängigkeit der magnetischen Feldstarke. Dabei ist die
Dehnung des Korpers um so großer je großer die magnetische Feldstarke ist. Die Umkehrung dieses Effekts wird als magnetoelastischer oder magnetomechanischer Effekt bezeichnet. Dabei wird eine Änderung der magnetischen Induktion unter dem Emfluss einer mechanischen Spannung hervorgerufen. Dies kann bei der vorliegenden Erfindung zur Verwendung des magnetostriktiven Elements sowohl als Aktor als auch als Sensor verwendet werden, wobei in der inaktiven Phase des Ventilglieds die Druckanderungen über das Ventilglied auf das magnetostriktive Element übertragen werden und da, entsprechend dem piezoelektrischen Element, aufgrund der auftretenden Änderung der magnetischen Induktion bestimmt werden. Als magnetostriktives Material kann beispielsweise Terfenol-D verwendet werden. Somit kann mit einem magnetostriktiven Element als Aktor dieses gleichzeitig auch als Sensor verwendet werden, womit Druckanderungen und bei entsprechender Kalibrierung auch absolute Drucke aufgenommen werden können.
Um einen besonders kompakten Aufbau bereitzustellen, ist das Sensorelement vorzugsweise auf einer gemeinsamen Achse mit dem Ventilglied angeordnet.
Vorzugsweise ist das als Piezoaktor ausgebildete Sensorelement auch durch das Vorspannelement des Ventilglieds vorgespannt. Dadurch kann die Bauteilezahl weiter verringert werden.
Bei einer gleichzeitigen Verwendung des Betatigungselements als Sensorelement werden vorzugsweise die zwischen dem Betatigungselement und einer Steuer-/Regeleinrichtung vorhandenen Leitung auch zur Signalubertragung der Signale des als Sensor arbeitenden Betätigungselements verwendet.
Wenn das Sensorelement als separates Bauteil vorgesehen ist, ist es vorzugsweise unmittelbar benachbart zum Betätigungselement angeordnet. Dabei kann das separate Sensorelement beispielsweise zwischen dem Ventilglied und dem Betatigungselement angeordnet sein oder es ist an dem dem Ventilglied entgegengesetzten Ende des Betatigungselements angeordnet.
Gemäß dem erfindungsgemaßen Verfahren zur Messung von Drucken, d.h. von Druckanderungen sowie bei entsprechender
Kalibrierung von absoluten Drücken, in einem Brennraum eines Kraftfahrzeugs wird der Druck über ein am Brennraum angeordnetes Ventilglied auf ein Sensorelement übertragen. Somit wird der im Brennraum herrschende Druck bzw.,_ die im Brennraum auftretenden Druckänderungen auf das Ventilglied übertragen, welches mit dem Sensorelement verbunden ist. Somit wird beispielsweise bei einem
Kraftstoffeinspritzventil das Kraftstoffeinspritzventil gleichzeitig auch als Druckaufnehmer verwendet. Dadurch kann die Anzahl der Bauteile am Motor verringert werden und insbesondere die Herstellungskosten signifikant gesenkt werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Betätigungselement des Ventilglieds gleichzeitig auch als Sensorelement verwendet. Dadurch kann die Anzahl der Bauteile weiter reduziert werden und ein besonders kompaktes Ventil bereitgestellt werden. Bei einer Verwendung als Kraftstoffeinspritzventil weist das Ventil somit die Funktion des Einspritzens von Kraftstoff als auch die Erfassung von Drücken und Druckänderungen im Brennraum auf, womit insbesondere ein Klopfen sowie Aussetzer erkennbar sind. Weiterhin kann abhängig von dem im Brennraum herrschenden Druck auch der Zündzeitpunkt optimiert werden sowie die Gemischaufbereitung optimiert werden, was zu einer Kraftstoffeinsparung und einer Reduzierung der Schadstoffe führt. Es sei angemerkt, dass das erfindungsgemäße Verfahren auch bei einer Anordung des Sensorelements ausserhalb des Ventilgehäuses (als separates Bauteil oder als integraler Bestandteil des Gehäuses) verwendet werden kann. Die Druckinformationen werden dabei über des Gehäuse auf das Sensorelement übertragen.
Besonders bevorzugt wird die vorliegende Erfindung bei einem nach außen öffnenden Ventil verwendet, da dabei das Ventilglied in den Raum vorsteht, von welchem Drücke bzw. Druckänderungen an einen Sensor weitergeleitet werden sollen. Die vorliegende Erfindung lost somit auf einfache Weise das Problem der Aufnahme von Drucken in einem Raum, wobei eine Kombination eines Ventils mit einem Druckaufnehmer realisiert wird. Der Druck wird dabei durch das bewegliche Ventilglied aufgenommen, welches in der inaktiven Phase des Ventils (vollständig geöffnetes Ventil oder vollständig geschlossenes Ventil) den Druck auf das Sensorelement übertragen kann. Dadurch wird insbesondere der Staudruck der Strömung gemessen. Bei einer Anordnung des Sensorelements ausserhalb des Ventilgehäuses wird vorzugsweise ein Differenzdruck zwischen dem Brennraum und der Umgebung gemessen.
Besonders bevorzugt wird ein piezoelektrischer Aktor oder ein magnetostriktiver Aktor eines Kraftstoffeinspritzventils als Betatigungselement und als Druckaufnahmesensor zum Aufnehmen von Drucken oder Druckanderungen in einem Brennraum eines Motors verwendet. Gemäß einer weiteren bevorzugten Verwendung der vorliegenden Erfindung wird der piezoelektrische Drucksensor unter Vorspannung zwischen einem Zylinderkopf und einem in den Brennraum hineinreichenden Ventilkopf montiert, wobei der Drucksensor als separates Bauteil oder als integraler Bestandteil des Ventilgehauses ausgebildet sein kann.
Zeichnung
Mehrere Ausfuhrungsbeispiele der Erfindung sind' in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung naher erläutert.
Figur 1 zeigt eine schematische Schnittansicht eines
Ventils zum Steuern von Flüssigkeiten gemäß einem ersten Ausfuhrungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
Figur 2 zeigt eine schematische Schnittansicht eines zweiten Ausfuhrungsbeispiels eines Ventils zum
Steuern von Flüssigkeiten gemäß der vorliegenden Erfindung,
Figur 3 zeigt eine schematische Schnittansicht eines dritten Ausfuhrungsbeispiels eines erf dungsgemaßen Ventils zum Steuern von Flüssigkeiten,
Figur 4 zeigt eine schematische, teilweise geschnittene Ansicht eines vierten Ausfuhrungsbeispiels eines erfindungsgemaßen Ventils zum Steuern von Flüssigkeiten,
Figur 5 zeigt eine schematische Schnittansicht eines fünften Ausfuhrungsbeispiels eines erfindungsgemaßen Ventils zum Steuern von Flüssigkeiten,
Figur 6 zeigt eine schematische Schnittansicht eines sechsten Ausfuhrungsbeispiels gemäß einem erfindungsgemaßen Ventil zum Steuern von Flüssigkeiten und
Figur 7 zeigt eine schematische Schnittansicht eines siebten Ausfuhrungsbeispiels eines erfindungsgemaßen Ventils zum Steuern von Flüssigkeiten. Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf Figur 1 ein erstes Ausfuhrungsbeispiel eines Ventils 1 zum Steuern von Flüssigkeiten gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben. Das Ventil 1 ist als Kraftstoffeinspritzventil ausgebildet.
Wie in Figur 1 gezeigt, umfasst das Ventil 1 ein magnetostriktives Element 2, welches zylinderformig ausgebildet ist und als Aktor verwendet wird. Der Aktor ist von einer elektromagnetischen Spule 6 umgeben. Über ein Verbindungsstuck 5 steht der Aktor mit einem Ventilglied 3 in Verbindung, welches einen Ventilsitz 4 freigibt bzw. verschließt. Eine Ruckstellfeder 10 ist zwischen dem Verbindungsstuck 5 und dem Ventilsitz 4 angeordnet. Die Ruckstellfeder 10 stellt dabei sowohl das magnetostriktive Element als auch das Ventilglied 3 zurück, welche beide fest mit dem Verbindungsstuck 5 verbunden sind. Über eine KraftstoffZuleitung 7 wird unter Druck stehender Kraftstoff in einen vorderen Bereich des Ventilgliedes 3 zugeführt (vgl . Figur 1) .
Wie oben dargestellt, besteht im ersten Ausführungsbeispiel der Aktor aus dem magnetostriktiven Bauteil 2 sowie der elektromagnetischen Spule 6. Als Werkstoff für das magnetostriktive Bauteil 2 kann beispielsweise Terfenol-D verwendet werden. Gemäß dem ersten Ausfuhrungsbeispiel wird der Aktor gleichzeitig auch als Druckaufnahmesensor verwendet, welcher Drucke bzw. einen Druckverlauf in der inaktiven Phase des Ventils, wie insbesondere Klopfen aus dem Motorbrennraum aufnimmt.
Die Funktion des erfindungsgemaßen Aktors/Sensors ist dabei wie folgt. Soll Kraftstoff aus der KraftstoffZuleitung 7 in den Brennraum eingespritzt werden, wird durch die elektromagnetische Spule 6 ein Magnetfeld erzeugt. Aufgrund dieses Magnetfeldes verlängert sich das magnetostriktive Bauteil 2 in Richtung des Ventilglieds 3, das mit seinem anderen Ende fest im Gehäuse 11 des Ventils positioniert ist. Diese Langenanderung des magnetostriktiven Bauteils 2 wird über das Verbindungsstuck 5 auf das Ventilglied 3 übertragen, welches dadurch von seinem Ventilsitz 4 abhebt. Dadurch kann der unter Druck stehende Kraftstoff der Leitung 7 m den Brennraum eingespritzt werden. Zum Zeitpunkt der Einspritzung bleibt das Ventilglied 3 seiner Offen-Position in einer so genannten inaktiven Phase. Dadurch können insbesondere Druckanderungen, welche wahrend der Einspritzung bei offenem Ventilglied 3 im Brennraum auftreten, über das Ventilglied 3 und das Verbindungsstuck 5 auf das magnetostriktive Bauteil übertragen werden. Aufgrund der Umkehr des magnetostriktiven Effekts, welche als magnetoelastischer oder magnetomechanischer Effekt bezeichnet wird, wird das magnetostriktive Bauteil 2 teilweise zusammengedruckt. Abhangig von dieser mechanischen Spannung ändert sich die magnetische Induktion, was als Signal an der elektromagnetischen Spule 6 abgegriffen werden kann. Somit kann der erf dungsgemaße Aktor gleichzeitig auch als Sensor verwendet werden. Es sei angemerkt, dass eine Verwendung als Sensor praktisch nur dann sinnvoll ist, wenn sich das Ventil in seiner inaktiven Phase, also zum Zeitpunkt der Offen-Stellung des Ventils oder zum Zeitpunkt der Schließstellung des Ventils befindet, da ansonsten aufgrund der Bewegungen der Ventilnadel m die Offen- Stellung bzw. in die Schließstellung falsche Signale aufgenommen werden. Es sei angemerkt, abhangig von der Ausfuhrung des Ventilglieds es wahrend der Einspritzung es möglich sein kann, dass nur der Staudruck des Fluids gemessen wird, nicht jedoch ein Relativdruck oder eine Druckanderung . Somit ist es erfmdungsgemaß nicht notwendig, dass ein separater Druckaufnahmesensor am Brennraum vorgesehen wird Dadurch kann eine zusätzliche Öffnung am Brennraum verhindert werden und die Bauteilezahl sowie die Montagekosten verringert werden.
Es sei angemerkt, dass an Stelle des magnetostriktiven kombinierten Aktor-Sensors auch ein piezoelektrischer kombinierter Aktor-Sensor verwendet werden kann. Weiterhin kann bei entsprechender mechanischer Ausgestaltung die vorliegende Erfindung nicht nur wie in Figur 1 dargestellt, bei einem nach außen öffnenden Ventil verwendet werden, sondern auch bei einem nach innen öffnenden Ventil.
In Figur 2 ist ein Ventil gemäß einem zweiten Ausfuhrungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dargestellt. Gleiche bzw. funktional gleiche Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen wie im ersten Ausfuhrungsbeispiel bezeichnet.
Das Ventil 1 gemäß dem zweiten Ausfuhrungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem Ventil gemäß dem ersten Ausfuhrungsbeispiel. Im Unterschied dazu ist jedoch bei dem Ventil 1 gemäß dem zweiten Ausfuhrungsbeispiel ein separater Sensor 9 zur Aufnahme von Drucken im Motorraum vorgesehen. Der Sensor 9 ist als piezoelektrischer Stack oder als einfache piezokeramische Platte ausgebildet, welcher eine ring- oder plattenformige Gestalt aufweist. Der piezoelektrische Sensor 9 ist dabei zwischen dem magnetostriktiven Bauteil 2 und dem Gehäuse 11 angeordnet. Der Druckverlauf im Brennraum wird bei geschlossenem Ventil über die Ventilnadel 3 und das Zwischenstuck 5 auf das magnetostriktive Bauteil 2 und von dort auf den piezoelektrischen Sensor 9 übertragen. Somit dient das als Kraftstoffemspritzventil ausgebildete Ventil 1 gleichzeitig auch als Druckaufnahmesensor, wobei der piezoelektrische Sensor 9 auf einer gemeinsamen Achse X-X mit dem Ventilglied 3 angeordnet ist. Ansonsten entspricht das zweite Ausfuhrungsbeispiel dem ersten Ausfuhrungsbeispiel, so dass auf die dort gegebene Beschreibung verwiesen werden kann.
In Figur 3 ist ein erfindungsgemaßes Ventil gemäß einem dritten Ausfuhrungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dargestellt. Gleiche bzw. funktional gleiche Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen wie im ersten Ausfuhrungsbeispiel bezeichnet .
Bei dem in Figur 3 gezeigten Ventil handelt es sich um ein elektromagnetisch betätigtes Ventil, welches eine Stromspule 6 und eine Ventilnadel 3 mit Magnetanker umfasst. Eine Feder 10 halt die Ventilnadel 3 in ihrer Schließstellung. Weiter ist ein als piezoelektrischer Stack ausgebildeter Drucksensor 9 vorgesehen, welcher zwischen dem Ventilnadelbund und der Feder 10 angeordnet ist. Die Spule 6 wird über einen elektrischen Anschluss 12 mit Strom versorgt. Weiterhin ist ein Filtersieb 13 zur Filterung von Feststoffpartikeln aus dem Kraftstoff sowie zwei O-Rmge 14 vorgesehen, um eine Abdichtung des Ventils zu ermöglichen. Wie in den vorhergehenden Ausfuhrungsbeispielen werden in unbewegter Offen-Stellung bzw. Schließ-Stellung Druckanderungen im Brennraum über das Ventilglied 3 auf den piezoelektrischen Sensor 9 übertragen. Bei einer zusatzlichen Extramessleitung können in diesem Ausfuhrungsbeispiel auch in der aktiven Phase Druckverlaufe über das Ventilglied gemessen werden. Bei geschlossenem Ventil wird dabei insbesondere der Verlauf des Absolut- bzw. Relativdrucks zur Umgebung gemessen, bei offenem Ventil, abhangig von der Ausgestaltung des Ventilglieds, gegebenenfalls nur der Staudruck des Fluids. In Figur 4 ist ein erf dungsgemaßes Ventil gemäß einem vierten Ausfuhrungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dargestellt. Gleiche bzw. funktional gleiche Teile sind wieder mit den gleichen Bezugszeichen wie in den vorhergehenden Ausfuhrungsbeispielen bezeichnet.
Wie Figur 4 gezeigt, umfasst das sehr schematisch dargestellte Ventil 1 einen Betatigungsaktor 2, welcher einen Ventilkopf 3 betätigt. Ein piezoelektrischer Sensor 9 ist zwischen einer Isolierscheibe 16 und einem
Befestigungsbund 15 angeordnet. Auf den Befestigungsbund 15 wirkt e ne Vorspannung F. Das Ventil 1 ist an einem Zylinderkopf 17 angeordnet und weist weiter eine KraftstoffZuleitung 7 sowie einen elektrischen Anschluss 12 auf. In diesem Ausfuhrungsbeispiel ist der piezoelektrische Sensor ein separates Bauteil, welches ausserhalb des Ventilgehauses angeordnet ist. Das Ventil 1, unabhängig von seiner Bauart, wird dabei so auf den Zylinderkopf befestigt, dass der piezoelektrische Sensor 9 unter der Vorspannung F, hervorgerufen durch die Befestigung am Zylinderkopf zwischen dem Ventilbund 15 und dem Zylinderkopf 17 ist. Dieser Vorspannung F wirkt durch den Druckunterschied zwischen dem Brennraum 18 und der Umgebung pO eine Graph FBr gemäß der Stirnflache A des Ventilkopfes entgegen. Gemäß dieser Emspannung ergibt sich je nach Druckverlauf im Brennraum 18 eine proportionale Kraft FBr r die der Vorspannung entgegenwirkt. Somit ergibt sich abhangig von der elektrischen Schaltung ein proportionaler Strom- oder Spannungsverlauf, der zu einer Auswerteeinheit weitergeleitet wird und dort zur Ge ischaufbereitungs- und Zundzeitpunktsoptimierung verwendet werden kann. Um Störungen durch elektrische und thermische Einflüsse zu reduzieren, sollte der piezoelektrische Sensor ausreichend von der Umgebung isoliert werden. Bei dieser Anordnung ist der Überträger der mechanischen Kraft FBr resultierend aus der Stirnfläche A und der Druckdifferenz zwischen dem Brennraum und der Umgebung nicht die Ventilnadel selbst, sondern das gesamte Ventil. Es sei angemerkt, dass eine derartige Anordnung auch bei anderen Ventilen und
Drosselklappen verwendbar ist. Weiter ist am Ventilkopf 3 eine Dichtung vorgesehen.
In Figur 5 ist ein Ventil gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dargestellt. Gleiche bzw. funktional gleiche Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen wie in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen bezeichnet .
Wie in Figur 5 gezeigt, umfasst das Ventil 1 einen piezoelektrischen Aktor .2 sowie einen separaten piezoelektrischen Sensor 9. Der Aktor 2 und der Sensor 9 sind dabei unmittelbar benachbart zueinander angeordnet und zwischen zwei plattenartigen Elementen positioniert. Der Aktor 2 ist fest mit einem Ventilglied 3 verbunden, welches einen Ventilsitz 4 freigibt bzw. verschließt, um eine Verbindung zu einem Brennraum 18 herzustellen. Dabei stützt sich der Aktor 2 auf einem Wiederlager 19 ab, so dass er bei einer Ansteuerung seine Länge in Richtung einer Feder 10 vergrößert. Die Feder 10 befindet sich über ein
Verbindungsstück 5 mit dem Aktor 2 in Verbindung und spannt diesen vor.
Die Funktionsweise des in Figur 5 gezeigten Ventils ist dabei derart, dass, wenn der Piezoaktor 2 angesteuert wird, dieser seine Länge in Richtung der Feder 10 vergrößert, so dass die mit dem Piezoaktor 2 fest verbundene Ventilnadel 3 von ihrem Ventilsitz 4 abhebt und eine Kraftstoffeinspritzung in den Brennraum 18 erfolgen kann. Auftretende Druckanderungen beispielsweise durch Klopfen, werden über die Ventilnadel 3 auf den piezoelektrischen Sensor 9 übertragen und von dort als Signale an eine Steuer- und Regelungseinrichtung weitergeleitet . Dabei kann die gleiche Leitung verwendet werden, welche zur Ansteuerung des Piezoaktors 2 vorhanden ist.
In Figur 6 ist ein Ventil 1 gemäß einem sechsten Ausfuhrungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dargestellt. Gleiche bzw. funktional gleiche Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen wie in den vorhergehenden Ausfuhrungsbeispielen bezeichnet.
Wie in Figur 6 gezeigt, ist im sechsten Ausfuhrungsbeispiel ebenfalls ein Piezoaktor 2 und ein piezoelektrischer Sensor 9 als zwei separate Bauteile ausgebildet. Der piezoelektrische Sensor 9 ist dabei zwischen dem Piezoaktor 2 und einem Zwischenstuck 5 angeordnet, welches mit der Ventilnadel 3 in Verbindung steht. Eine Feder 10 halt die Ventilnadel 3 m ihrer Schließstellung. Eine Feder 21 spannt den Aktor 2 sowie den Sensor 9 vor.
Wenn der Piezoaktor 2 angesteuert wird, ändert er seine Lange in Richtung seiner Langsachse, so dass der Hub des Piezoaktors 2 ber das Verbindungsstuck 5 auf die
Ventilnadel 3 übertragen wird und diese von ihrem Ventilsitz 4 abhebt. Dadurch wird eine Verbindung zwischen einer KraftstoffZuleitung 7 und einem Brennraum freigegeben, so dass Kraftstoff in den Brennraum einspritzt. Die Spitze der Ventilnadel 3 befindet sich dabei teilweise im Brennraum.
Wenn nun Druckspitzen beispielsweise durch Klopfen im Brennraum auftreten, was zu Druckanderungen im Brennraum fuhrt, werden diese über die Ventilnadel 3 und das Verbindungsst ck 5 auf den piezoelektrischen Sensor 9 übertragen. Vom piezoelektrishcen Sensor 9 können die Signale dann an eine Auswerteeinheit weitergeleitet werden. Ansonsten entspricht das sechste Ausfuhrungsbeispiel im Wesentlichen dem zweiten bis fünften Ausfuhrungsbeispiel, so dass auf die dort gegebenen Beschreibungen verwiesen werden kann.
In Figur 7 ist ein Ventil gemäß einem siebten Ausfuhrungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dargestellt. Gleiche bzw. funktional gleiche Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen wie m den vorhergehenden Ausfuhrungsbeispielen bezeichnet .
Das siebte Ausfuhrungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem sechsten Ausfuhrungsbeispiel, wobei im Unterschied zum sechsten Ausfuhrungsbeispiel beim siebten
Ausfuhrungsbeispiel ein erstes Verbindungsstuck 5 und ein zweites Verbindungsstuck 20 zwischen der Ventilnadel 3 und dem piezoelektrischen Sensor 9 angeordnet ist. Weiterhin ist eine separate Vorspannungsfeder 21 vorgesehen, um den als piezoelektrisches Element ausgebildeten Aktor 2 vorzuspannen. In der Ventilnadel 3 ist weiterhin ein Bund 22 vorgesehen, um eine Ruckstellfeder 10 abzustutzen, welche die Ventilnadel 3 in ihrer Schließstellung halt. Ansonsten entspricht das siebte Ausfuhrungsbeispiel im Wesentlichen ' den vorher beschriebenen Ausfuhrungsbeispielen, so dass auf eine detaillierte Beschreibung verzichtet werden kann.
Somit betrifft die vorliegende Erfindung ein Ventil oder eine Drosselklappe mit integriertem Druckaufnehmer zum Steuern von Fluiden, insbesondere ein
Kraftstoffeinspritzventil, welches ein in einem Gehäuse 11 angeordnetes Ventilglied 3 aufweist, um eine Verbindung zu einem nachgeordneten Raum 18 freizugeben oder zu verschließen. Ein Betatigungselement 2 ist zur Betätigung des Ventilglieds 3 vorgesehen. Das Ventilglied 3 ist mittels eines Vorspannelements 10 in eine Vorspannrichtung vorgespannt. Weiterhin steht der Ventilkopf, der in den
Brennraum ragt, mit einem Sensorelement 9 in Verbindung, um Druckinformationen aus dem dem Ventilglied nachgeordneten Raum 18 aufzunehmen. Das Sensorelement 9 kann dabei als separates Bauteil vorgesehen werden oder gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung kann das
Betatigungselement gleichzeitig auch als Sensorelement verwendet werden.
Die vorhergehende Beschreibung der Ausführungsbeispiele gemäß der vorliegenden Erfindung dient nur zu illustrativen Zwecken und nicht zum Zwecke der Beschrankung der Erfindung. Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Änderungen und Modifikationen möglich, ohne den Umfang der Erfindung sowie ihre Äquivalente zu verlassen.

Claims

Ansprüche
1. Ventil zum Steuern von Fluiden, insbesondere Kraftstoffeinspritzventil, umfassend ein in einem Gehäuse (11) angeordnetes Ventilglied (3), um eine Verbindung zu einem nachgeordneten Raum (18) freizugeben oder zu verschließen, ein
Betätigungselement (2) zur Betätigung des Ventilglieds (3) und ein Vorspannelement (10) , welches das Ventilglied (3) in eine Vorspannrichtung vorspannt, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilglied (3) mit einem Sensorelement (9) derart in Verbindung steht, dass das Sensorelement (9) Druckinformationen aus dem nachgeordneten Raum (18) aufnehmen kann, wobei die Druckinformationen über das Ventilglied (3) übertragen werden.
2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungselement (2) als Piezoaktor oder als elektromagnetischer Aktor oder als magnetostriktives Element ausgebildet ist.
3. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungselement (2) gleichzeitig auch das Sensorelement (9) ist.
4. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (9) auf einer Achse (X-X) mit dem Ventilglieα (3) angeordnet ist.
5. Ventil nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das als piezoelektrisches Element ausgebildete Sensorelement (9) durch ein Vorspannelement (21) für das Betatigungselement (2) vorgespannt ist.
6. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (9) die zwischen dem Betatigungselement (2) und einer Steuer- /Regelungseinrichtung vorhandene Leitung zur Signalubertragung verwendet.
7. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das als Piezoaktor ausgebildete Sensorelement (9) unmittelbar benachbart zum Betatigungselement (2) angeordnet ist.
8. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (9) zwischen dem Ventilglied (3) und dem Betatigungselement (2) angeordnet ist, oder dass das Betatigungselement (2) zwischen dem Ventilglied (3) und dem Sensorelement (9) angeordnet ist.
9. Verfahren zur Messung von Drucken und/oder
Druckanderungen m einem Brennraum (18) eines Motors, dadurch gekennzeichnet, dass ein am Brennraum (18) angeordnetes Ventilglied (3) im unbewegten Zustand des Ventilglieds (3) den Druck und/oder die Druckanderungen im Brennraum (18) auf ein Sensorelement (9) übertragt, welches mit dem Ventilglied (3) in Verbindung steht.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Betatigungselement (2) des Ventilglieds (3) gleichzeitig auch als Sensorelement (9) ausgebildet ist.
11. Verwendung eines piezoelektrischen Aktors oder eines magnetostriktiven Aktors eines
Kraftstoffeinspritzventils, welcher zur mittelbaren oder unmittelbaren Betätigung eines Ventilglieds (3) verwendet wird, als Druckaufnahmesensor zur Aufnahme von Drucken und/oder Druckanderungen in einem Brennraum (18) eines Motors.
12. Verwendung eines piezoelektrischen Drucksensors (9), der unter Vorspannung zwischen einem Zylinderblock (17) und einem in den Brennraum hineinreichenden Ventilkopf (3) montiert ist, wobei der Drucksensor (9) als separates Bauteil oder als integraler Bestandteil des Ventilgehauses ausgebildet sein kann, wobei der Druckverlauf über das Ventilgehause zum Drucksensor übertragen wird, und die Druckinformation über eine elektrische Schaltung oder auch direkt als elektrisches Signal an eine Regeleinrichtung übertragen wird.
13. Verwendung eines piezoelektrischen Drucksensors nach Anspruch 12, d.g.d. der Drucksensor als piezoelektrischer Ring, als Plattchen oder als Stapel ausgeführt ist.
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