EP2726723B1

EP2726723B1 - Kraftstoffeinspritzventil

Info

Publication number: EP2726723B1
Application number: EP12735232.6A
Authority: EP
Inventors: Holger Rapp; Helmut Clauss; Wolfgang Stoecklein; Thomas Pauer; Changyi Wang; Markus Rueckle; Matthias Schnell; Marco Beier
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2011-06-28
Filing date: 2012-06-22
Publication date: 2015-03-04
Anticipated expiration: 2032-06-22
Also published as: WO2013000834A1; KR101858300B1; DE102011078159A1; KR20140043096A; CN103620196A; EP2726723A1; CN103620196B

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzventil nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie eine elektrische Schaltung und ein Verfahren nach den nebengeordneten Patentansprüchen.
Schaltglieder, wie etwa Relais oder Magnetventile, die insbesondere als Einspritzventile einer Brennkraftmaschine verwendet werden, sind im Betrieb hohen Anforderungen ausgesetzt und werden daher häufig überwacht. Diese Überwachung geschieht beispielsweise durch eine Auswertung von Strömen und/oder Spannungen eines Aktors des Schaltglieds. Hierzu können insbesondere Sensoren dienen, die physikalische Größen erfassen und in elektrische Größen umsetzen. Die Übertragung dieser Größen an eine Steuereinheit oder dergleichen ist im Allgemeinen mit einem erhöhten Aufwand bezüglich der Anzahl elektrischer Leitungen verbunden.
Bei Magnetventilen für eine Benzin-Direkteinspritzung von Brennkraftmaschinen können elektrische Ansteuergrößen des Magnetkreises dazu verwendet werden, den Schließzeitpunkt einer Düsennadel des Einspritzventils zu ermitteln, wenn der Magnetkreis die Düsennadel direkt betätigt. Hierbei sind häufig zusätzliche Messleitungen oder dergleichen entbehrlich. Im Unterschied dazu - beispielsweise für Diesel-Einspritzung - gibt es Ausführungen von Einspritzventilen, bei denen der Magnetkreis zusätzlich ein Servoventil betätigt, welches nachfolgend eine Düsennadel betätigende Hochdruckhydraulik steuert. Der Schließzeitpunkt der Düsennadel kann dabei nicht aus der Bewegung eines Magnetankers des Magnetventils ermittelt werden.
Aus der DE 10 2010 063 681 ist ein Verfahren bekannt, bei dem ein Messzustand hergestellt wird, in dem mindestens ein Anschluss des Aktors zumindest zeitweise von einem Bezugspotential und/oder von einer den Aktor ansteuernden Quelle im Wesentlichen entkoppelt wird. In dem Messzustand wird mindestens ein Signal mindestens eines Sensors einer Sensoreinrichtung aus mindestens einem elektrischen Potential an mindestens einem Anschluss des Aktors ermittelt. Vorteilhaft können Leitungen zum Aktor und der Sensoreinrichtung eingespart werden.

Offenbarung der Erfindung

Das der Erfindung zu Grunde liegende Problem wird durch ein Kraftstoffeinspritzventil nach Anspruch 1 sowie durch eine elektrische Schaltung und ein Verfahren nach den nebengeordneten Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Dadurch, dass die Sensoreinrichtung einen Sensor und einen in Serie zu dem Sensor geschalteten Vorwiderstand umfasst und in einer ersten Phase bei der Ansteuerung eines Aktors der Strom durch den Sensor begrenzt wird, wird vorteilhaft eine Störung oder Beschädigung des Sensors verhindert. Durch den in Serie zu dem Sensor geschalteten Vorwiderstand ergeben sich auch hinsichtlich der Auslegung des Sensors Vorteile. Der Sensor kann beispielsweise eine hohe Kapazität aufweisen, ohne dass sich schädliche Auswirkungen auf die Ansteuerung des Aktors ergeben. Insbesondere können dadurch Piezo-Sensoren mit hoher Kapazität eingesetzt werden. Die Kapazität des Sensors und der Vorwiderstand bilden einen ersten Tiefpass erster Ordnung, wodurch sich die vorstehend erläuterte Belastung des Sensors bei der Ansteuerung des Aktors vorteilhaft reduziert.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist der ohmsche Widerstand des Vorwiderstands wesentlich größer als der ohmsche Widerstand des Aktors. In der ersten Phase wird dem Aktor wesentlich mehr Strom zugeführt als der Sensoreinrichtung. Bei einem Kurzschluss des Sensors sorgt der Vorwiderstand vorteilhaft dafür, dass der Aktor trotz des Kurzschlusses weiterbetrieben werden kann.
Eine elektrische Schaltung umfasst vorteilhaft einen Kondensator zwischen dem einen Anschluss des Aktors, an den die Sensoreinrichtung angeschlossen ist. In einer dritten Phase wird ein Signal des Sensors der Sensoreinrichtung in Abhängigkeit von einem dem elektrischen Potential an dem Kondensator der elektrischen Schaltung ermittelt. In der dritten Phase besitzt der Sensor Spannungsquellencharakter. Der Vorwiderstand und der Kondensator der elektrischen Schaltung bilden einen zweiten Tiefpass. Entsprechend können hochfrequente Störsignale herausgefiltert werden und das elektrische Potential an dem Kondensator der elektrischen Schaltung wird vorteilhaft geglättet und es ergibt sich somit eine verbesserte Signalqualität. Der zweite Tiefpass bestehend aus dem Vorwiderstand der Sensoreinrichtung und dem Kondensator der elektrischen Schaltung wird vorteilhaft derart dimensioniert, dass das Sensorsignal nur unwesentlich gedämpft wird.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Kapazität des Sensors größer als die Kapazität des Kondensators der elektrischen Schaltung. Damit ist die Zeitkonstante des ersten Tiefpasses größer als die Zeitkonstante des zweiten Tiefpasses, wodurch vorteilhaft die Abtastgenauigkeit vorwiegend nur von dem ersten Tiefpass bestimmt wird.
In einer vorteilhaften Ausführungsform wird der Aktor in einer zweiten Phase vor der dritten Phase und nach der ersten Phase von dem Bezugspotential und/oder von der ansteuernden Quelle im Wesentlichen entkoppelt. Durch die Entkopplung wird das Sensorsignal nicht über den niederohmigen Aktor abgebaut und das Sensorsignal kann gemessen werden.
In einer vorteilhaften Ausführungsform wird in Abhängigkeit von dem elektrischen Potential oder einem Verlauf des elektrischen Potentials an dem Kondensator der elektrischen Schaltung ein Fehler des Sensors ermittelt. In Abhängigkeit von dem ermittelten Fehler wird ein Fehlersignal von der elektrischen Schaltung erzeugt. Vorteilhaft kann dadurch beispielsweise bei einem Weiterbetrieb des Aktors trotz des Fehlers berücksichtigt werden, dass das elektrische Potential an dem Kondensator nicht mehr gültig oder fehlerhaft ist. Das elektrische Potential an dem Kondensator kann somit vorteilhaft bei der Ansteuerung des Aktors ignoriert bzw. nicht berücksichtigt werden. Ein fehlerbehafteter Sensor führt somit nicht zu einem fehlerhaften Betrieb des Aktors. Das Fehlersignal kann beispielsweise dem Fahrzeugführer oder Werkstattmitarbeiter angezeigt werden, um beispielsweise den Austausch des Kraftstoffeinspritzventils durchzuführen oder durchführen zu lassen.
Für die Erfindung wichtige Merkmale finden Sie ferner in den nachfolgenden Zeichnungen, wobei die Merkmale sowohl in Alleinstellung als auch in unterschiedlichen Kombinationen für die Erfindung wichtig sein können, ohne dass hierauf nochmals explizit hingewiesen wird.
Nachfolgend werden beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Figur 1: eine teilweise Schnittdarstellung eines Servoventils eines Kraftstoffeinspritzventils mit einem magnetischen Schaltglied und einem Ventilstück;
Figur 2: ein Zeitdiagramm eines Steuerraumdrucks und eines Hubs eines als Ventilnadel ausgebildeten Ventilelements des Servoventils von Figur 1;
Figur 3: ein vereinfachtes Schema eines Ausführungsbeispiels zum Anschluss eines Sensors und einer Spule in einem Gehäuse eines Kraftstoffeinspritzventils;
Figur 4 und 5: jeweils ein schematisches Schaltbild mit einem Kraftstoffeinspritzventil und einer elektrischen Schaltung zur Ansteuerung des Kraftstoffeinspritzventils;
Figur 6: ein schematisches Schaltbild einer Sensoreinrichtung des Kraftstoffeinspritzventils in einer ersten Phase; und
Figur 7: ein weiteres schematisches Schaltbild des Kraftstoffeinspritzventils und der elektrischen Schaltung in einer dritten Phase.

Es werden für funktionsäquivalente Elemente und Größen in allen Figuren auch bei unterschiedlichen Ausführungsformen die gleichen Bezugszeichen verwendet.
Figur 1 zeigt eine teilweise Schnittdarstellung eines Servoventils 10 eines weiter nicht genauer dargestellten Kraftstoffeinspritzventils 11 einer Brennkraftmaschine. Das Servoventil 10 ist im Wesentlichen rotationssymmetrisch um eine Längsachse 12 ausgeführt. In einem oberen Bereich der Zeichnung ist eine an einem (nicht dargestellten) Gehäuse fest verankerte Abstützplatte 14 dargestellt, in einem vertikal mittleren Bereich ist ein magnetisches Schaltglied 16 dargestellt, und in einem unteren Bereich ist ein gehäusefestes Ventilstück 18 mit einem hydraulischen Steuerraum 20 und einem auf eine nicht dargestellte Ventilnadel des Kraftstoffeinspritzventils 11 wirkenden oder mit einer solchen Ventilnadel fest verbundenen Ventilkolben 22 dargestellt.
Die Abstützplatte 14 weist im Bereich der Längsachse 12 einen Stützkolben 24 auf, mit dem ein kraftempfindlicher Wandler 26 wirkverbunden ist. Der kraftempfindliche Wandler 26 stützt sich wiederum in Richtung der Längsachse 12 an der Abstützplatte 14 ab. In der Zeichnung oberhalb des kraftschlüssigen Wandlers 26 sind zwei Öffnungen (ohne Bezugszeichen) angeordnet, durch welche Leitungen zur Kontaktierung der Anschlüsse 70a und 70b einer Sensoreinrichtung 70 geführt sind. Die Anordnung der beiden Öffnungen ist in der Figur 1 lediglich beispielhaft dargestellt.
Das magnetische Schaltglied 16 umfasst eine Spule 30, welche in einen Magnetkern 32 eingebettet ist, wobei der Magnetkern 32 von einer Tellerfeder 34 gegen einen ringförmigen Ankeranschlag 36 gedrückt wird. Der Ankeranschlag 36 wird seinerseits von der Tellerfeder 34 mittels des Magnetkerns 32 gegen einen Durchmessersprung (ohne Bezugszeichen) einer gehäusefesten Hülse 38 gedrückt. Entlang eines mittleren Bereichs der Längsachse 12 ist ein längs der Längsachse 12 spielbehaftet gelagerter aber radial gehaltener Ankerbolzen 40 angeordnet, auf dem ein Anker 42 in Richtung der Längsachse 12 verschiebbar angeordnet ist. Ein in Figur 1 unterer Endbereich 44 des Ankers 42 kann an einem einen Ventilsitz bildenden Dichtabschnitt 46 des Ventilstücks 18 aufliegen. Der Endbereich 44 bildet insoweit ein Ventilelement des Servoventils 10. Das magnetische Schaltglied 16 ist wie die übrigen Elemente des Servoventils 10 im Wesentlichen rotationssymmetrisch ausgeführt, dargestellt ist jedoch nur die in der Zeichnung rechte Hälfte einer Schnittansicht. Ein Führungsdurchmesser des Ankers 42 und ein Sitzdurchmesser im Bereich des Dichtabschnitts 46 sind in etwa gleich groß.
Das Ventilstück 18 umgrenzt den hydraulischen Steuerraum 20 und den Ventilkolben 22. Der Ventilkolben 22 ist in dem Ventilstück 18 in Richtung der Längsachse 12 verschiebbar und ist, wie bereits oben erwähnt, mit einem nicht dargestellten Ventilelement (Düsen- oder Ventilnadel) fest gekoppelt. In der Zeichnung oberhalb des Steuerraums 20 ist dieser über eine Ablaufdrossel 48 mit einem Ventilraum 50 verbunden. In der Zeichnung rechts des Steuerraums 20 ist eine Zulaufdrossel 52 angeordnet, durch welche der Steuerraum 20 mit einem unter hohem Druck stehenden Fluid 54 gespeist werden kann. Das Fluid 54 wird beispielsweise von einem nicht gezeigten Common-Rail-Kraftstoffsystem zur Verfügung gestellt. Ein Fluidraum 56, in dem der Anker 42 und der Ankerbolzen 40 angeordnet sind, ist mit einem nicht gezeigten Niederdruckbereich verbunden.
Solange die Spule 30 nicht bestromt ist, wird der Endbereich 44 durch eine nicht gezeigte Ventilfeder gegen den Dichtabschnitt 46 gedrückt, das Servoventil 10 ist also geschlossen. Aufgrund der Druckverhältnisse im Steuerraum 20 wird der Ventilkolben 22 in der Zeichnung nach unten gedrückt, so dass die (nicht dargestellte) Ventilnadel schließt. Wird die Spule 30 bestromt, so wird der Anker 42 durch magnetische Kraft in Richtung des Magnetkerns 32 gegen den Ankeranschlag 36 bewegt. Hierdurch strömt Fluid aus dem Steuerraum 20 zum Fluidraum 56 hin ab, so dass der Druck im Steuerraum 20 sinkt und sich die Ventilnadel mit dem Ventilkolben 22 in Figur 1 nach oben bewegen und öffnen kann. Die Kraftstoff-Einspritzung beginnt. Zum Schließen wird die Bestromung der Spule 30 beendet. Durch die Ventilfeder wird der Endbereich 44 wieder gegen den Dichtabschnitt 46 gedrückt, das Servoventil 10 schließt also, und das Abströmen von Fluid aus dem Steuerraum 20 wird beendet. Da weiterhin Fluid über die Zulaufdrossel 52 in den Steuerraum 20 nachströmt, werden der Ventilkolben 22 und mit ihm die Ventilnadel in Figur 1 nach unten in Schließrichtung gedrückt. Die Kraftstoff-Einspritzung endet.
Der Schließzeitpunkt des Kraftstoffeinspritzventils 11 kann ermittelt werden, indem der Verlauf der Kraft, die der Ankerbolzen 40 gegen den kraftempfindlichen Wandler 26 ausübt, ausgewertet wird. Durch eine solche Kraft bzw. Kraftänderung wird in dem letzteren eine Spannung aufgebaut oder ein Stromimpuls erzeugt oder es erfolgt eine Änderung eines passiven Parameters des Sensors, beispielsweise seines Widerstands oder seiner Kapazität, wodurch ein Sensorsignal erzeugt wird. Das Sensorsignal kann mittels elektrischer Schaltungen, wie sie nachfolgend in den Figuren 4 und 5 beschrieben werden, erfasst werden.
Der kraftempfindliche Wandler 26 kann auch als ein Sensor ausgeführt sein, welcher alternativ oder ergänzend eine Kraft und/oder einen Druck des Fluids 54 und/oder einen Körperschall der Abstützplatte 14 bzw. eines Gehäuses des Kraftstoffeinspritzventils 11 erfasst, so dass daraus ebenfalls die Öffnungszeitpunkte und/oder Schließzeitpunkte des Servoventils 10 ermittelt werden können. Der kraftempfindliche Wandler 26 wird deshalb nachfolgend verallgemeinert als Sensor 26 bezeichnet.
Figur 2 zeigt einen zeitlichen Zusammenhang zwischen dem Druck 160 in dem Ventilraum 50, dem Druck 60 in dem Steuerraum 20 und dem Hub 62 des Ventilkolbens 22 bzw. der damit verbundenen Ventilnadel. In einem oberen Diagramm der Figur 2 sind an der Ordinate der Druck 60 in dem Steuerraum 20 sowie der Druck 160 in dem Ventilraum 50 aufgetragen, und in einem unteren Diagramm ist an der Ordinate der Hub 62 des Ventilkolbens 22 aufgetragen. Dabei ist der Druck 60 durch eine durchgezogene Linie, der Druck 160 durch eine strichlierte Linie dargestellt. Vorliegend bedeutet ein Hub 62 von null ein geschlossenes Einspritzventil. Beide Diagramme weisen auf der Abszisse einen zueinander gleichen Zeitmaßstab t auf.
Man erkennt, dass sowohl zu Beginn der Öffnungsbewegung des Ventilkolbens 22 in einem Zeitpunkt ta als auch am Ende der Schließbewegung in einem Zeitpunkt tb der Verlauf des Drucks 60 deutlich sichtbare Veränderungen erfährt. Unmittelbar vor dem Öffnen zum Zeitpunkt ta ergibt sich ein plötzlicher Druckabfall, beim Schließen zum Zeitpunkt tb erfolgt ein plötzlicher Druckanstieg. Der Druck 160 im Ventilraum 50, der bei geschlossenem Servoventil 10 mit dem Druck 60 im Steuerraum 20 identisch ist, wirkt über den Ankerbolzen 40 auf den kraftempfindlichen Wandler 26, und kann somit in ein Sensorsignal umgewandelt werden, so dass die Veränderungen des Drucks 160 sich im Sensorsignal abbilden und somit für eine Ermittlung beispielsweise des Schließzeitpunktes ausgewertet werden können.
Figur 3 zeigt ein vereinfachtes schematisches Ausführungsbeispiel zum Anschluss der Sensoreinrichtung 70 und eines Aktors 80 in einem Gehäuse 64 des Kraftstoffeinspritzventils 11. Der Aktor 80 kann die zu Figur 1 erläuterte Spule 30 umfassen, jedoch auch andere oder weitere Elemente. Insbesondere kann es sich bei dem Aktor 80 um einen Teil eines Magnet- oder Piezoventils oder aber eines magnetostriktiven Ventils handeln. Die beschriebenen Verfahren sind daher auch auf andere Aktortypen anwendbar. Die Anschlüsse HS und LS des Aktors 80 sind isoliert aus dem Gehäuse 64 des Kraftstoffeinspritzventils 11 heraus geführt. Der Anschluss 70a der Sensoreinrichtung 70 ist mit dem Anschluss HS des Aktors 80 elektrisch leitend verbunden, der weitere Anschluss 70b des Sensors 26 ist elektrisch leitend mit einem elektrisch leitenden Abschnitt 66 des Gehäuses 64 niederohmig verbunden. Das Gehäuse 64 wiederum ist mit einem Bezugspotential 88, welche vorliegend ein Massepotential eines das Kraftstoffeinspritzventil 11 enthaltenden Kraftfahrzeugs ist, elektrisch leitend verbunden. Dies erfolgt mittels der mechanischen Befestigung des Kraftstoffeinspritzventils 11, welches beispielsweise in einen Motorblock eingeschraubt ist. Dies ist in der Zeichnung jedoch nicht dargestellt.
Der Sensor 26 ermittelt entsprechend der Darstellung von Figur 2 den Druck 160 in dem Ventilraum 50 des Servoventils 10. Über den Anschluss HS bzw. LS des Aktors 80 kann ein Signal des Sensors 26 ermittelt werden, indem ein elektrisches Potential am Anschluss HS bzw. LS des Aktors erfasst wird. Durch die Anordnung des Sensors 26 innerhalb des Gehäuses 64 ist die Signalermittlung besonders robust und unempfindlich gegen störende elektromagnetische Einkopplungen.
Figur 4 zeigt ein schematisches Schaltbild mit dem Kraftstoffeinspritzventil 11 und einer elektrischen Schaltung 100 zur Ansteuerung des Kraftstoffeinspritzventils 11. Die Sensoreinrichtung 70 umfasst den Sensor 26 und einen Vorwiderstand 90, der in Serie mit dem Sensor 26 geschaltet ist. Der Anschluss 70a der Sensoreinrichtung 70 ist mit dem Anschluss HS des Aktors 80 elektrisch leitend verbunden. Alternativ kann der Anschluss 70a der Sensoreinrichtung 70 auch mit dem Anschluss LS des Aktors 80 verbunden sein. Der andere Anschluss 70b der Sensoreinrichtung 70 ist mit dem Bezugspotential 88 elektrisch leitend verbunden. Beide Anschlüsse HS und LS des Aktors 80 sind nicht an das Bezugspotential 88 angeschlossen, jedoch sind Betriebszustände denkbar, bei denen der Anschluss HS oder LS zumindest zeitweise mit dem Bezugspotential 88 verbunden ist. Das Bezugspotential muss selbstverständlich nicht zwingend mit der Fahrzeugmasse verbunden sein, sondern kann sich auf ein anderes Potentialniveau beziehen.
Zwei Ansteuerleitungen 76 und 78 verbinden die Anschlüsse HS und LS des Aktors 80 mit der elektrischen Schaltung 100. Diese elektrische Schaltung 100 dient zum Einen zur Ansteuerung des Aktors 80 und umfasst eine nicht näher erläuterte Treiberschaltung. Des Weiteren dient die elektrische Schaltung 100 zur Ermittlung eines Signals des Sensors 26, wofür eine nicht näher erläuterte Auswerteschaltung in der elektrische Schaltung 100 enthalten ist. Zur Ansteuerung des Aktors 80 dient eine nicht näher erläuterte Quelle, insbesondere eine Gleichspannungsquelle. Die elektrische Schaltung 100 und damit auch die Quelle wird über ein Potential bzw. eine Versorgungsspannung U_v versorgt.
Selbstverständlich kann sich ein weiterer Widerstand zwischen dem Anschluss 70a und dem Sensor 26 befinden. Ebenso ist es selbstverständlich, dass sich zwischen dem Anschluss HS oder LS des Aktors 80 und dem Anschluss 70a sowie zwischen dem Anschluss 70b und dem Bezugspotential 88 weitere Bauelemente, wie beispielsweise Widerstände, Spulen oder Kapazitäten befinden.
In einer ersten Phase ist der Aktor mittels der elektrischen Schaltung 100 an die vorstehend erläuterte Quelle angeschaltet, das heißt, niederohmig mit der Quelle verbunden. In der ersten Phase wird der Aktor 80 somit bestromt und kann beispielsweise das Servoventil 10 aus der Figur 1 in eine Arbeitsstellung bringen.
In einer zweiten Phase wird der Aktor 80 mittels der elektrischen Schaltung 100 von der ansteuernden Quelle entkoppelt. Der Strom in dem Aktor 80 wird idealerweise zu Null, und somit kann beispielsweise das Servoventil 10 der Figur 1 in seine Ruhestellung übergehen.
In einer dritten Phase wird ein Messzustand hergestellt, um das Signal von dem Sensor 26 auszuwerten. Die dritte Phase kann auch dann eingeleitet werden, wenn beispielsweise Restenergie in dem Aktor 80 vorhanden ist. Die elektrische Schaltung 100 erfasst nun ein Potential U₇₆ der Ansteuerleitung 76 gegen das Bezugspotential 88, um ein durch die Sensoreinrichtung 70 bzw. durch den Sensor 26 erzeugtes Spannungssignal oder Stromsignal zu ermitteln. Ist der Anschluss 70a der Sensoreinrichtung 70 an den Anschluss LS des Aktors 80 angeschlossen, so ermittelt die elektrische Schaltung 100 ein elektrisches Potential U₇₈ der Ansteuerleitung 78 gegen das Bezugspotential 88, um ein durch die Sensoreinrichtung 70 bzw. durch den Sensor 26 erzeugtes Spannungssignal oder Stromsignal zu ermitteln.
Der Bereich zwischen den senkrechten Linien 82 und 84 repräsentiert einen Kabelbaum, der unter Anderem die Ansteuerleitungen 76 und 78 umfasst. Die Verbindung 98 zwischen den senkrechten Linien 82 und 84 repräsentiert die Verbindung in Figur 3 zwischen dem Anschluss 70b der Sensoreinrichtung 70 und dem Bezugspotential 88 über das Gehäuse 64 sowie weitere Bauteile.
In der Figur 4 rechts neben der Linie 84 ist die elektrische Schaltung 100 angeordnet. Die elektrische Schaltung 100 ist mit dem Bezugspotential 88 verbunden und wird durch eine nicht gezeigte Energieversorgung mit dem Potential U_v versorgt.
Des Weiteren erzeugt die elektrische Schaltung 100 ein Signal 92, welches in Abhängigkeit von dem Potential U₇₆ oder U₇₈ ermittelt wird, wobei das Potential U₇₆ oder U₇₈ von dem Signal des Sensors 26 beeinflusst wird.
Aufgrund des Vorwiderstands 90, der in Serie mit dem Sensor 26 geschaltet ist, wird bei der Ansteuerung des Aktors 80 mittels der elektrischen Schaltung 100 in der ersten Phase dem Aktor 80 mehr Strom zugeführt als der Sensoreinrichtung 70. Hierzu ist der ohmsche Widerstand des Vorwiderstands 90 bzw. der gesamten Sensoreinrichtung 70 größer als der ohmsche Widerstand des Aktors 80. Insbesondere ist der ohmsche Widerstand des Vorwiderstands 90 wesentlich größer als der ohmsche Widerstand des Aktors 80, insbesondere mindestens um den Faktor 5 größer, insbesondere mindestens um den Faktor 10 größer.
Die elektrische Schaltung 100 umfasst einen in der Figur 4 nicht gezeigten Kondensator C₁₀₀ zwischen dem einen Anschluss HS bzw. LS, an dem die Sensoreinrichtung 70 mit dem Anschluss 70a angeschlossen ist, und dem Bezugspotential 88. In der dritten Phase wird das Signal des Sensors 26 der Sensoreinrichtung 70 aus dem elektrischen Potential U₇₆ oder dem elektrischen Potential U₇₈ ermittelt.
Der Sensor 26 ist insbesondere ein kapazitiver Sensor und stellt im Wesentlichen einen Kondensator dar. Eine Kapazität des Sensors 26 ist mit dem Bezugszeichen C₂₆ bezeichnet wird. Die Kapazität C₂₆ des Sensors 26 ist größer als die Kapazität C₁₀₀ des Kondensators der elektrischen Schaltung 100.
Die elektrische Schaltung 100 kann in Abhängigkeit von dem elektrischen Potential U₇₆ oder U₇₈ oder dem Verlauf des elektrischen Potentials U₇₆ oder U₇₈ einen Kurzschluss des Sensors 26 ermitteln. Insbesondere in Abhängigkeit von dem ermittelten Kurzschluss des Sensors 26 erzeugt die elektrische Schaltung 100 ein Fehlersignal 94.
Figur 5 zeigt ein schematisches Schaltbild mit dem Kraftstoffeinspritzventil 11 und der elektrischen Schaltung 100 zur Ansteuerung des Kraftstoffeinspritzventils 11. Die Figur 5 entspricht im Wesentlichen der Figur 4, wobei lediglich die Position des Sensors 26 und des Vorwiderstandes 90 in der Sensoreinrichtung 70 vertauscht sind. Des Weiteren kann die Sensoreinrichtung 70 mit ihrem Anschluss 70a auch an den Anschluss LS des Aktors 80 angeschlossen sein.
Figur 6 zeigt ein schematisches Schaltbild der Sensoreinrichtung 70 des Kraftstoffeinspritzventils 11 in der ersten Phase unabhängig von der jeweiligen Verschaltung der Sensoreinrichtung 70 mit dem Aktor 80. Ein Potential U_A fällt an der Serienschaltung aus dem Vorwiderstand 90 und dem Sensor 26 ab. Ein Potential U_B fällt an dem Sensor 26 ab. In der ersten Phase wird der Aktor 80 angesteuert. Der ohmsche Widerstand des Vorwiderstands 90 und die Kapazität C₂₆ des Sensors 26 bilden einen ersten Tiefpass erster Ordnung bezüglich der Übertragungsfunktion U_B/U_A. Eine erste Zeitkonstante T₁ dieses ersten Tiefpasses ergibt sich aus dem Produkt des ohmschen Widerstandes des Vorwiderstands 90 und der Kapazität C₂₆ des Sensors 26. Durch den Vorwiderstand 90 wird in der ersten Phase der Strom durch den Sensor 26 begrenzt.
Figur 7 zeigt ein weiteres schematisches Schaltbild des Kraftstoffeinspritzventils 11 und der elektrischen Schaltung 100 in der dritten Phase. In der dritten Phase ist der Aktor 80 im Wesentlichen von dem Bezugspotential 88 und/oder von der ansteuernden Quelle entkoppelt. In der dritten Phase wird das Signal des Sensors 26 über die Potentiale U₇₆ bzw. U₇₈ erfasst. In der Figur rechts einer Linie 86 befindet sich ein Ersatzschaltbild der elektrischen Schaltung 100 in der dritten Phase. Links der senkrechten Linie 86 befindet sich ein Ersatzschaltbild des Kraftstoffeinspritzventils 11 in der dritten Phase.
Die Kapazität C₂₆ des Sensors 26 wurde in der ersten Phase durch die Quelle geladen und stellt in der dritten Phase eine Spannungsquelle dar. Der Sensor 26 erzeugt somit ein Potential U_C bzw. einen Verlauf des Potentials Uc welches von der elektrischen Schaltung 100 erfasst wird. Der ohmsche Widerstand des Vorwiderstands 90 und die Kapazität C₁₀₀ des Kondensators der elektrischen Schaltung 100 bilden einen zweiten Tiefpass erster Ordnung. An der Serienschaltung bestehend aus dem Vorwiderstand 90 und dem Kondensator der elektrischen Schaltung 100 fällt das Potential U_C ab. An der Kapazität C₁₀₀ fällt ein Potential U_D ab. Der zweite Tiefpass bezieht sich auf die Übertragungsfunktion U_D/U_C. Eine zweite Zeitkonstante T₂ des zweiten Tiefpasses ergibt sich aus dem ohmschen Widerstand des Vorwiderstands 90 und der Kapazität C₁₀₀ der elektrischen Schaltung 100. Die zweite Zeitkonstante T₂ des zweiten Tiefpasses ist im Wesentlichen gleich oder kleiner als die erste Zeitkonstante T₁ des ersten Tiefpasses. Insbesondere ist die Kapazität C₂₆ größer als die Kapazität C₁₀₀ des Kondensators der elektrischen Schaltung 100.
Im Falle der Ausführung des Sensors 26 als Piezo-Sensor spielt es keine Rolle, ob der Sensor 26 geladen wurde oder nicht. Auch wenn der Piezo-Sensor nicht geladen wurde, erzeugt dieser bei mechanischer Beanspruchung durch Ladungsverschiebung eine Spannung.

Claims

Kraftstoffeinspritzventil (11) mit einem Aktor (80) und einer Sensoreinrichtung (70), wobei ein erster Anschluss (70a) der Sensoreinrichtung (70) mit einem Anschluss (HS; LS) des Aktors (80) verbunden ist, und wobei ein weiterer Anschluss (70b) der Sensoreinrichtung (70) mit einem Bezugspotential (88) verbunden ist, und die Sensoreinrichtung (70) einen Sensor (26) und einen in Serie zu dem Sensor (26) geschalteten Vorwiderstand (90) umfasst dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Anschluss (70b) der Sensoreinrichtung (70) elektrisch leitend mit mindestens einem elektrisch leitenden Abschnitt (66) eines Gehäuses (64) des Kraftstoffeinspritzventils (11) verbunden ist.
Kraftstoffeinspritzventil (11) nach dem Anspruch 1, wobei der ohmsche Widerstand des Vorwiderstands (90) wesentlich größer ist als der ohmsche Widerstand des Aktors (80), insbesondere mindestens um den Faktor 5 größer, insbesondere mindestens um den Faktor 10 größer.
Elektrische Schaltung (100) zum Betreiben des Kraftstoffeinspritzventils (11) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei in einer ersten Phase der Aktor (80) von einer Quelle der elektrischen Schaltung (100) ansteuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Schaltung (100) einen Kondensator zwischen dem einen Anschluss (HS; LS) des Aktors (80), an den die Sensoreinrichtung (70) angeschlossen ist, und dem Bezugspotential (88) umfasst, und dass in einer dritten Phase ein Signal (92) in Abhängigkeit von einem elektrischen Potential (U₇₆; U₇₈) an dem Kondensator der elektrischen Schaltung (100) ermittelbar ist.
Elektrische Schaltung (100) nach Anspruch 3, wobei in der dritten Phase der Aktor (80) nicht angesteuert wird.
Elektrische Schaltung (100) nach Anspruch 3 oder 4, wobei eine Kapazität (C₂₆) des Sensors (26) größer ist als die Kapazität (C₁₀₀) des Kondensators der elektrischen Schaltung (100).
Elektrische Schaltung (100) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei in einer zweiten Phase vor der dritten Phase und nach der ersten Phase der Aktor (80) von dem Bezugspotential (88) und/oder von der ansteuernden Quelle im Wesentlichen entkoppelt wird.
Elektrische Schaltung (100) nach einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei von der elektrischen Schaltung (100) in Abhängigkeit von dem elektrischen Potential (U₇₆; U₇₈) oder dem Verlauf des elektrischen Potentials (U₇₆; U₇₈) ein Fehler des Sensors (26) ermittelbar ist, und dass in Abhängigkeit von dem ermittelten Fehler ein Fehlersignal (94) von der elektrischen Schaltung (100) erzeugbar ist.
Elektrische Schaltung nach dem Anspruch 7, wobei der Fehler ein Kurzschluss des Sensors (26) ist.
Verfahren zum Betreiben des Kraftstoffeinspritzventils (11) nach einem der Ansprüche 1 bis 2, wobei in einer ersten Phase der Aktor (80) von einer Quelle einer elektrischen Schaltung (100) angesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Schaltung (100) einen Kondensator zwischen dem einen Anschluss (HS; LS) des Aktors (80), an den die Sensoreinrichtung (70) angeschlossen ist, und dem Bezugspotential (88) umfasst, und dass in einer dritten Phase ein Signal (92) in Abhängigkeit von einem elektrischen Potential (U₇₆; U₇₈) an dem Kondensator der elektrischen Schaltung (100) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei der ohmsche Widerstand des Vorwiderstands (90) wesentlich größer ist als der ohmsche Widerstand des Aktors (80), insbesondere mindestens um den Faktor 5 größer, insbesondere mindestens um den Faktor 10 größer, und wobei in der ersten Phase dem Aktor (80) wesentlich mehr Strom zugeführt wird als der Sensoreinrichtung (26).
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, wobei eine Kapazität (C₂₆) des Sensors (26) größer ist als die Kapazität (C₁₀₀) des Kondensators der elektrischen Schaltung (100).
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei in einer zweiten Phase vor der dritten Phase und nach der ersten Phase der Aktor (80) von dem Bezugspotential (88) und/oder von der ansteuernden Quelle im Wesentlichen entkoppelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei von der elektrischen Schaltung (100) in Abhängigkeit von dem elektrischen Potential (U₇₆; U₇₈) oder dem Verlauf des elektrischen Potentials (U₇₆; U₇₈) ein Fehler des Sensors (26) ermittelt wird, und dass in Abhängigkeit von dem ermittelten Fehler ein Fehlersignal (94) von der elektrischen Schaltung (100) erzeugt wird.
Verfahren nach dem Anspruch 13, wobei der Fehler ein Kurzschluss des Sensors (26) ist.