WO2011085867A1 - Kraftstoffinjektor - Google Patents

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WO2011085867A1
WO2011085867A1 PCT/EP2010/068828 EP2010068828W WO2011085867A1 WO 2011085867 A1 WO2011085867 A1 WO 2011085867A1 EP 2010068828 W EP2010068828 W EP 2010068828W WO 2011085867 A1 WO2011085867 A1 WO 2011085867A1
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pressure
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PCT/EP2010/068828
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Nestor Rodriguez-Amaya
Siegfried Ruthardt
Holger Rapp
Wolfgang Stoecklein
Bernd Berghaenel
Marco Beier
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Robert Bosch Gmbh
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    • F02M63/008—Hollow valve members, e.g. members internally guided

Definitions

  • the invention relates to fuel injectors with injection nozzle controlled by a nozzle needle or the like and one with a high and a
  • Low pressure side of the injector communicating control chamber which is designed as a working space of a drive-coupled to the nozzle needle displacer and by means of a control valve arrangement between a closing pressure, wherein the nozzle needle is placed by the displacer in its closed position, and an opening pressure is reversible, wherein the nozzle needle with the displacer in the offense passes.
  • the nozzle needle has a nozzle-remote end which is designed in the manner of a plunger and which is arranged displaceably in the control chamber. This communicates via an inlet throttle with the high pressure side of the fuel injector and is connected via the control valve assembly with the low pressure side of the fuel injector.
  • the pilot valve is only connected to the high-pressure side of the injector, while the pressure in the control chamber drops when the control valve arrangement is open as a result of the then additionally existing connection of the control chamber to the low-pressure side.
  • the control chamber has an outlet channel which opens out to the low-pressure side of a valve body and which is controlled by a sleeve-shaped closing body of the control valve arrangement.
  • This sleeve-shaped closing body is arranged displaceably on a guide shaft which is equiaxial to the outlet channel, wherein the annular gap between the outer circumference of the guide rod and the inner circumference of the sleeve-shaped closing body is designed as a virtually leak-free sealing gap.
  • the sleeve-shaped closing body cooperates with a seat concentric with the mouth of the outlet channel and is connected to an armature, which in turn interacts with an electromagnet arrangement which is coaxial to the guide rod.
  • control chamber is associated with a force or pressure sensor for detecting characteristic pressure changes when closing or opening the nozzle needle.
  • the invention makes use of the knowledge that the control chamber pressure changes significantly at the beginning and at the end of the injection phase of the fuel injector. By now registering the control room pressure, the operation of the fuel injector can be monitored with high precision. This is done according to the invention via a pressure measurement, despite the small volume of a fuel injector is comparatively easy to carry out. Thus, a structurally complex detection of the stroke of the nozzle needle is unnecessary.
  • a low-pressure outlet port of the control chamber of the fuel injector is controllable by means of a sleeve-shaped closing body which is displaceably arranged on a guide rod equiaxial to the outlet port, and in that the guide rod with its end remote from the mouth with a pressure sensor arrangement is coupled.
  • the guide rod is used to remove the control chamber pressure on a force or pressure sensor assembly. It is advantageous that the force or pressure sensor assembly can be arranged away from the control chamber in the fluidic low-pressure region of the fuel injector, so that a permanent insulation of the usually electrical elements of Kraft etc.
  • Pressure sensor arrangement is readily possible.
  • the invention also offers the possibility of utilizing the signals of the force or pressure sensor arrangement for determining the pressure of a fuel injector associated high-pressure fuel source, usually a common rail. It is advantageous on the one hand that a hitherto customary separate pressure detection can be omitted at the high pressure source.
  • a multiple redundant pressure detection is readily possible with the invention, because engines with injection systems regularly have multiple fuel injectors, so that are provided with the inventively provided at the fuel injectors force or pressure sensors and several signal sources for pressure detection.
  • Fig. 1 is a partial axial section of a fuel injector according to the invention.
  • Fig. 2 diagrams showing the timing of the nozzle needle stroke and the control chamber pressure.
  • a high-pressure chamber 2 and a low-pressure chamber 3 are arranged within an injector body 1. These two spaces are separated from each other by a valve piece 4.
  • the high pressure chamber 2 communicates via an inlet channel 5 with a high pressure fuel source, not shown, for fuel, usually a so-called common rail.
  • the low-pressure space 3 is connected to a fuel tank or the like via a return line 21 or the like.
  • the high pressure chamber 2 is connected via injection nozzles, not shown, with the combustion chamber of an internal combustion engine, also not shown.
  • the injection nozzles are controlled in a known manner by means of a nozzle needle, of which in Fig. 1, only the nozzle-distal end, which is designed as a plunger 6, is shown.
  • the plunger 6 is arranged displacer-effective in a control chamber 7 arranged in the valve piece 4.
  • This control chamber 7 communicates via an inlet throttle 8 with the high-pressure chamber 2 and via a preferably throttled outflow channel 9 with the low-pressure chamber 3, wherein the flow channel 9 controlled by a control valve assembly 10 becomes.
  • the control valve assembly 10 has a sleeve-shaped closing body 11, which is tensioned by a closing spring 12, which is designed as a helical compression spring against a concentric to the outlet port of the flow channel 9 seat.
  • the seat is designed as a flat surface on which the sleeve-shaped closing body 11 is seated with a line-shaped annular edge. In principle, however, a differently shaped seat may be provided.
  • the sleeve-shaped closing body 11 is axially displaceably guided on a guide rod 13 which is equiaxial to the longitudinal axis 100 of the injector body 1, wherein the annular gap between the inner circumference of the closing body 11 and the outer circumference of the guide rod 13 is formed as a practically leak-free throttling or sealing gap.
  • the pressure chamber 14 formed within the closing body 11 which communicates with the control chamber 7 via the outlet channel 9 and then has the same fluid pressure as the control chamber 7, is shut off from the low-pressure chamber 3.
  • a star-shaped armature 15 of an electromagnet assembly 16 is arranged, which is provided as an actuator for actuating the control valve assembly 10.
  • This solenoid assembly 16 has in a known manner a magnetic coil 17 which is disposed within a concentric to the guide rod 13 electromagnet assembly having an annular outer pole 18 and an annular inner pole 19. If the magnetic coil 17 is electrically energized, the armature 15 of the poles 18 and 19 magnetically attracted, so that the closing body 11 is lifted against the force of the closing spring 12 from its seat and the control valve assembly 10 is opened.
  • the control valve assembly 10 is closed, and in the pressure chamber 14 and in the control chamber 7 are the same fluid pressures.
  • the pressure in the control chamber 7 drops because of the low pressure under the nozzle seat of the nozzle needle and the associated closing movement of the plunger 6 under the high pressure in the inlet channel 5.
  • the control chamber pressure increases to the pressure in the inlet channel 5.
  • the pressure in the control chamber 7 and thus virtually identical pressure in the pressure chamber 14 thus have a pronounced minimum at the closing time of the nozzle needle.
  • Fig. 2 the course of the nozzle needle stroke in the diagram A and the course of the control chamber pressure in the diagram B is exemplified. Since the pressure of the control chamber 7 is also present in the pressure chamber 14 when the closing body 11 is closed, the guide rod 13 is always loaded by the control chamber pressure inside the closing body 11 in this valve position. According to the invention, it is now provided to remove the control chamber pressure by means of the guide rod 13 on a force or pressure sensor 20 shown schematically in FIG.
  • the guide rod 13 thus has a double function in that on the one hand the sleeve-shaped closing body 11 axially and on the other hand as a force transmission member between the pressure chamber 14 and the control chamber 7 communicating therewith and the force or pressure sensor 20. liable that the force or pressure sensor 20 in the low pressure region of the fuel injector, in the example shown in the drawing near the mouth of a low pressure chamber 3 with a relatively pressureless fuel tank or the like connecting return line 21 is arranged.
  • the force or pressure sensor 20 may expediently be formed as a piezoelectric element, on which a dependent of the contact pressure of the guide rod 13 electrical voltage can be tapped. Since the force or pressure sensor 20 can only be acted upon by low-pressure fuel, there are no difficulties with regard to the necessary electrical insulation. Because conventional insulation materials are sufficiently resistant to fuels that are under low pressure. Other conditions exist for fuels under high pressure. Here no long-term stable insulating materials are known, so that a direct pressurization of an electrical element with fuel under high pressure can not be tolerated in the long term.
  • the pressure or force sensors 20 can in principle utilize any force or pressure-dependent physical effects.
  • piezoelectric elements are suitable, on which an electrical voltage can be tapped, which depends on the external forces acting on the element.
  • piezoresistive elements are also possible and advantageous which exploit the so-called piezoresistive effect, which is that many materials change their specific electrical resistance under the action of compressive or tensile forces.
  • piezoresistive elements are electrical resistors in which the degree of electrical resistance changes as a function of external forces.
  • the pressure in the inlet 5 in turn from the pressure of the high-pressure fuel source of the injection system, usually a common rail, is determined from the measurement data of the sensors 20 and the respective operating pressure of the high-pressure fuel source. This is especially true during the closing phase of the nozzle needle, because in this phase flow dynamic effects on each injector minimal, ie in the control chamber 7 of the injector and thus in the pressure chamber 14 is at a pressure which largely corresponds to the pressure of the high-pressure fuel source.
  • an internal combustion engine with an injection system generally has a plurality of cylinders or combustion chambers and accordingly a plurality of injectors
  • the pressure or force sensors 20 are available from a plurality of fuel injectors, so that the supply pressure of the fuel or of the high-pressure fuel source is determined multiple times redundantly can.
  • a communicating with the force or pressure sensors 20 engine control "knows" with appropriate data evaluation, the opening and closing times of the nozzle needle and the respective pressure of the high-pressure fuel source of the injection system.

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Abstract

Einem Steuerraum (7), dessen Druck die Hübe bzw. Stellungen einer Düsennadel (6) bestimmt, ist ein Kraft- oder Drucksensor (20) zugeordnet, um den Verlauf des Steuerraumdruckes zu erfassen. Da sich der Steuerraumdruck beim Schließen der Düsennadel (6) signifikant ändert, lassen sich aus den Sensordaten die Betriebsphasen des Injektors exakt ermitteln und einer Motorsteuerung zuführen.

Description

Beschreibung
Kraftstoffinjektor
Die Erfindung steht im Zusammenhang mit Kraftstoffinjektoren mit von einer Düsenna- del oder dergleichen gesteuerten Einspritzdüsen und einem mit einer Hoch- und einer
Niederdruckseite des Injektors kommunizierenden Steuerraum, welcher als Arbeitsraum eines mit der Düsennadel antriebsgekoppelten Verdrängers ausgebildet und mittels einer Steuerventilanordnung zwischen einem Schließdruck, bei dem die Düsennadel vom Verdränger in ihre Schließlage gestellt wird, und einem Öffnungsdruck umsteuerbar ist, bei dem die Düsennadel mit dem Verdränger in die Offenlage übergeht.
Stand der Technik Bei einem aus der DE 10 2007 060 395 AI bekannten Kraftstoffinjektor besitzt die Düsennadel ein nach Art eines Plungers ausgebildetes düsenfernes Ende, welches verdrängerwirksam im Steuerraum angeordnet ist. Dieser kommuniziert über eine Zulaufdrossel mit der Hochdruckseite des Kraftstoffinjektors und ist über die Steuerventilanordnung mit der Niederdruckseite des Kraftstoffinjektors verbindbar. Bei geschlosse- ner Steuerventilanordnung ist der Steuerrau nur mit der Hochdruckseite des Injektors verbunden, während der Druck im Steuerraum bei geöffneter Steuerventilanordnung infolge der dann zusätzlich vorhandenen Verbindung des Steuerraums mit der Niederdruckseite absinkt. Bei diesem bekannten Kraftstoffinjektor besitzt der Steuerraum einen zur Niederdruckseite eines Ventilkörpers ausmündenden Auslasskanal, welcher durch einen hülsenförmigen Schließkörper der Steuerventilanordnung gesteuert wird.
Dieser hülsenförmige Schließkörper ist auf einer zum Auslasskanal gleichachsigen Führungsstange verschiebbar angeordnet, wobei der Ringspalt zwischen dem Außenumfang der Führungsstange und dem Innenumfang des hülsenförmigen Schließkörpers als praktisch leckagefreier Dichtspalt ausgebildet ist. Der hülsenförmige Schließkörper wirkt mit einem zur Mündung des Auslasskanals konzentrischen Sitz zusammen und ist mit einem Anker verbunden, der seinerseits mit einer zur Führungsstange gleichachsi- gen Elektromagnetanordnung zusammenwirkt. Bei elektrischer Bestromung der Elektromagnetanordnung wird der Anker zusammen mit dem hülsenförmigen Schließkörper in Richtung der Elektromagnetanordnung gezogen, so dass der Schließkörper von seinem Sitz abhebt. Im elektrisch nicht bestromten Zustand der Elektromagnetanordnung wird der Schließkörper von einer Schließfeder in seine Schließlage gestellt, wobei sich der Anker von der Elektromagnetanordnung entfernt.
Grundsätzlich ist es erwünscht, die Betriebsphasen eines Kraftstoffinjektors exakt erfassen zu können, um eine optimale Motorsteuerung zu ermöglichen. Durch Verschleißerscheinungen am Kraftstoffinjektor wird eine Drift der Schließzeitpunkte der Düsennadel verursacht, mit der Folge, dass sich die Einspritzmengen des Kraftstoffs entsprechend verändern und der jeweilige Motor nicht mehr optimal arbeitet, wenn keine Adaption von Kraftstoffinjektor und Motor an die geänderten Betriebsumstände möglich ist. Außerdem weisen die Injektoren auf Grund unvermeidlicher Bauteilstreuungen auch eine Exemplarstreuung ihrer Einspritzmenge bei jeweils gleicher Ansteuerung auf.
Offenbarung der Erfindung
Mit der Erfindung soll ein Kraftstoffinjektor geschaffen werden, bei dem die Schließzeitpunkte der Düsennadel und damit die Betriebsphasen der Kraftstoffeinspritzung exakt ermittelbar sind.
Hierzu ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass dem Steuerraum ein Kraft- oder Drucksensor zur Erfassung charakteristischer Druckänderungen beim Schließen bzw. Öffnen der Düsennadel zugeordnet ist.
Die Erfindung nutzt die Erkenntnis, dass sich der Steuerraumdruck am Beginn und am Ende der Einspritzphase des Kraftstoffinjektors signifikant ändert. Indem nun der Steuerraumdruck registriert wird, kann der Betriebsablauf des Kraftstoffinjektors mit hoher Präzision überwacht werden. Dies erfolgt erfindungsgemäß über eine Druckmessung, die trotz des geringen Bauvolumens eines Kraftstoffinjektors vergleichsweise leicht durchführbar ist. Somit wird eine konstruktiv aufwändige Erfassung des Hubweges der Düsennadel erübrigt. In konstruktiv besonders bevorzugter Weise ist vorgesehen, dass eine niederdrucksei- tige Auslaufmündung des Steuerraums des Kraftstoff injektors mittels eines hülsenför- migen Schließkörper steuerbar ist, der auf einer zur Auslaufmündung gleichachsigen Führungsstange verschiebbar angeordnet ist, und dass die Führungsstange mit ihrem mündungsfernen Ende mit einer Drucksensoranordnung gekoppelt ist. Hier wird also die aus der eingangs genannten DE 10 2007 060 395 AI bekannte und bewährte Bauweise eines Kraftstoffinjektors prinzipiell übernommen, wobei die Führungsstange zur Abtragung des Steuerraumdruckes auf eine Kraft- bzw. Drucksensoranordnung genutzt wird. Hierbei ist vorteilhaft, dass die Kraft- bzw. Drucksensoranordnung entfernt vom Steuerraum im fluidischen Niederdruckbereich des Kraftstoffinjektors angeordnet sein kann, so dass eine dauerhafte Isolation der in der Regel elektrischen Elemente der Kraftbzw. Drucksensoranordnung ohne weiteres möglich ist. Die Erfindung bietet außerdem die Möglichkeit, die Signale der Kraft- bzw. Drucksensoranordnung zur Ermittlung des Druckes einer den Kraftstoffinjektoren zugeordneten Hochdruckquelle für Kraftstoff, in der Regel ein Common Rail, auszunutzen. Dabei ist einerseits vorteilhaft, dass eine bisher übliche gesonderte Druckerfassung an der Hochdruckquelle entfallen kann. Außerdem wird mit der Erfindung ohne weiteres eine mehrfach redundante Druckerfassung möglich, weil Motoren mit Einspritzsystemen regelmäßig mehrere Kraftstoffinjektoren aufweisen, so dass mit den erfindungsgemäß an den Kraftstoffinjektoren vorgesehenen Kraft- bzw. Drucksensoren auch mehrere Signalquellen zur Druckermittlung zur Verfügung stehen. Im Übrigen wird hinsichtlich bevorzugter Merkmale der Erfindung auf die Ansprüche und die nachfolgende Erläuterung der Zeichnung verwiesen, anhand der besonders bevorzugte Ausführungsführungsformen der Erfindung näher beschrieben werden. Schutz wird nicht nur für angegebene oder dargestellte Merkmalskombinationen, sondern auch für prinzipiell beliebige Kombinationen der in der Beschreibung aufgeführten oder in den Zeichnungen dargestellten Einzelmerkmale beansprucht.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
In der Zeichnung zeigt:
Fig. 1 einen ausschnittsweisen Axialschnitt eines erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors, und
Fig. 2 Diagramme, welche den zeitlichen Verlauf des Düsennadelhubes sowie des Steuerraumdruckes darstellen.
Ausführungsform der Erfindung
Gemäß Fig. 1 ist innerhalb eines Injektorkörpers 1 ein Hochdruckraum 2 sowie ein Niederdruckraum 3 angeordnet. Diese beiden Räume sind voneinander durch ein Ventilstück 4 getrennt.
Der Hochdruckraum 2 kommuniziert über einen Zulaufkanal 5 mit einer nicht dargestellten Hochdruckquelle für Kraftstoff, in der Regel ein sogenanntes Common Rail. Der Niederdruckraum 3 ist über eine Rücklaufleitung 21 oder dergleichen mit einem Kraftstofftank oder dergleichen verbunden.
Der Hochdruckraum 2 ist über nicht dargestellte Einspritzdüsen mit dem Brennraum eines ebenfalls nicht dargestellten Verbrennungsmotors verbindbar. Die Einspritzdüsen werden in bekannter Weise mittels einer Düsennadel gesteuert, von der in Fig. 1 nur das düsenferne Ende, welches als Plunger 6 ausgebildet ist, dargestellt ist. Der Plunger 6 ist verdrängerwirksam in einem im Ventilstück 4 angeordneten Steuerraum 7 angeordnet. Dieser Steuerraum 7 kommuniziert über eine Zulaufdrossel 8 mit dem Hochdruckraum 2 und über einen vorzugsweise gedrosselten Ablaufkanal 9 mit dem Niederdruckraum 3, wobei der Ablaufkanal 9 mittels einer Steuerventilanordnung 10 gesteuert wird. Wenn der Ablaufkanal mittels der Steuerventilanordnung 10 abgesperrt wird und die Düsennadel sich in ihrer Schließlage befindet, stellt sich im Steuerraum 7 der gleiche Hochdruck wie im Hochdruckraum 2 ein, mit der Folge, dass der Plunger 6 in Fig. 1 nach abwärts gepresst und die damit verbundene Düsennadel in der die Einspritzdüsen absperrenden Schließlage gehalten wird. Wird der Ablaufkanal 9 mittels der Steuerventilanordnung 10 geöffnet, stellt sich im Steuerraum 7 ein gegenüber dem Hochdruck im Hochdruckraum 2 verminderter Druck ein, und der Plunger 6 verschiebt sich zusammen mit der Düsennadel in Fig. 1 in Aufwärtsrichtung, das heißt die Düsennadel wird in deren Offenlage gestellt, so dass Kraftstoff durch die Einspritzdüsen in den Brennraum eingespritzt wird.
Die Steuerventilanordnung 10 besitzt einen hülsenförmigen Schließkörper 11, der von einer Schließfeder 12, die als Schraubendruckfeder ausgebildet ist, gegen einen zur Auslassmündung des Ablaufkanals 9 konzentrischen Sitz gespannt wird. Im Beispiel der Fig. 1 ist der Sitz als Planfläche ausgebildet, auf der der hülsenförmige Schließkörper 11 mit einer linienförmigen Ringkante aufsitzt. Grundsätzlich kann jedoch auch ein anders geformter Sitz vorgesehen sein.
Der hülsenförmige Schließkörper 11 ist auf einer zur Längsachse 100 des Injektorkörpers 1 gleichachsigen Führungsstange 13 axial verschiebbar geführt, wobei der Ringspalt zwischen dem Innenumfang des Schließkörpers 11 und dem Außenumfang der Führungsstange 13 als praktisch leckagefreier Drossel- bzw. Dichtspalt ausgebildet ist. Wenn der Schließkörper 11 die in Fig. 1 dargestellte Schließlage einnimmt, wird der innerhalb des Schließkörpers 11 gebildete Druckraum 14, welcher über den Ablaufkanal 9 mit dem Steuerraum 7 kommuniziert und dann dementsprechend gleichen Fluiddruck wie der Steuerraum 7 aufweist, gegenüber dem Niederdruckraum 3 abgesperrt. Am Schließkörper 11 ist ein sternförmiger Anker 15 einer Elektromagnetanordnung 16 angeordnet, die als Aktor zur Betätigung der Steuerventilanordnung 10 vorgesehen ist. Diese Elektromagnetanordnung 16 besitzt in bekannter Weise eine Magnetspule 17, die innerhalb einer zur Führungsstange 13 konzentrischen Elektromagnetanordnung mit einem ringförmigen Außenpol 18 und einem ringförmigen Innenpol 19 angeordnet ist. Wird die Magnetspule 17 elektrisch bestromt, wird der Anker 15 von den Polen 18 und 19 magnetisch angezogen, so dass der Schließkörper 11 gegen die Kraft der Schließfeder 12 von seinem Sitz abgehoben und die Steuerventilanordnung 10 geöffnet wird.
Während der geschlossenen Phase der mit dem Plunger 6 verbundenen Düsennadel, das heißt bei geschlossenen Einspritzdüsen, ist die Steuerventilanordnung 10 geschlossen, und im Druckraum 14 sowie im Steuerraum 7 liegen gleiche Fluiddrucke vor. Unmittelbar vor dem Schließzeitpunkt der Düsennadel sinkt der Druck im Steuerraum 7 wegen des zu diesem Zeitpunkt geringen Drucks unter dem Düsensitz der Düsennadel und der damit einhergehenden Schließbewegung des Plungers 6 unter den Hochdruck im Zulaufkanal 5 ab. Unmittelbar nach dem Schließen der Düsennadel kommt es wegen des nun stillstehenden Plungers 6 zu einem steilen Anstieg des Drucks im Steuerraum 7, wobei der Steuerraumdruck auf den Druck im Zulaufkanal 5 ansteigt. Der Druck im Steuerraum 7 und der damit praktisch identische Druck im Druckraum 14 weisen folglich zum Schließzeitpunkt der Düsennadel ein ausgeprägtes Minimum auf.
In Fig. 2 ist der Verlauf des Düsennadelhubes im Diagramm A und der Verlauf des Steuerraumdrucks im Diagramm B beispielhaft dargestellt. Da der Druck des Steuerraums 7 bei geschlossenem Schließkörper 11 auch im Druckraum 14 vorliegt, wird die Führungsstange 13 innerhalb des Schließkörpers 11 in dieser Ventilstellung stirnseitig immer vom Steuerraumdruck belastet. Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, den Steuerraumdruck mittels der Führungsstange 13 auf einen in Fig. 1 schematisch dargestellten Kraft- oder Drucksensor 20 abzutragen, so dass eine nicht dargestellte, eingangsseitig mit dem Kraft- oder Drucksensor 20 verbundene Auswerteschaltung, die in die Motorsteuerung integriert sein kann, ständig Informationen über den Druck im Steuerraum 7 erhält und damit insbesondere die Schließzeitpunkte der Düsennadel„kennt". Bei dieser Konstruktion hat die Führungsstange 13 also eine Doppelfunktion, indem sie einerseits den hülsenförmigen Schließkörper 11 axial führt und andererseits als Kraftübertragungsglied zwischen dem Druckraum 14 bzw. dem damit kommunizierenden Steuerraum 7 und dem Kraft- oder Drucksensor 20 dient. Hier ist des weiteren vorteil- haft, dass der Kraft- oder Drucksensor 20 im Niederdruckbereich des Kraftstoffinjektors, im zeichnerisch dargestellten Beispiel nahe der Mündung einer dem Niederdruckraum 3 mit einem relativ drucklosem Kraftstofftank oder dergleichen verbindenden Rücklaufleitung 21 angeordnet ist. Der Kraft- oder Drucksensor 20 kann zweckmäßig als piezoelektrisches Element ausgebildet sein, an dem eine vom Andruck der Führungsstange 13 abhängige elektrische Spannung abgreifbar ist. Da der Kraft- oder Drucksensor 20 nur von unter Niederdruck stehendem Kraftstoff beaufschlagt werden kann, ergeben sich hinsichtlich der notwendigen elektrischen Isolation keinerlei Schwierigkeiten. Denn übliche Isolationsmaterialien sind hinreichend resistent gegenüber Kraftstoffen, die unter geringem Druck stehen. Andere Verhältnisse liegen bei Kraftstoffen unter Hochdruck vor. Hier sind keine langfristig stabilen Isolationsmaterialien bekannt, so dass eine direkte Druckbeaufschlagung eines elektrischen Elementes mit Kraftstoff unter Hochdruck nicht langfristig toleriert werden kann.
Abweichend von der dargestellten Ausführungsform, bei der als Aktor eine Elektromagnetanordnung 16 vorgesehen ist, können auch Kraftstoffinjektoren mit anderen Aktoren vorgesehen sein. Insbesondere sind piezoelektrische Aktoren denkbar, die ihre Länge in Abhängigkeit von einer anliegenden elektrischen Spannung zu ändern vermögen.
Die Druck- bzw. Kraftsensoren 20 können prinzipiell beliebige kraft- bzw. druckabhängige physikalische Effekte ausnutzen. Beispielsweise sind piezoelektrische Elemente geeignet, an denen eine elektrische Spannung abgreifbar ist, die von den auf das Element einwirkenden externen Kräften abhängt.
Statt dessen sind auch piezoresistive Elemente möglich und vorteilhaft, die dem sog. piezoresistiven Effekt ausnutzen, der darin besteht, dass viele Materialien ihren spezifischen elektrischen Widerstand unter der Einwirkung von Druck- oder Zugkräften ändern. Vereinfacht ausgedrückt handelt es sich also bei piezoresistiven Elementen um elektrische Widerstände, bei denen sich das Maß des elektrischen Widerstandes in Abhängigkeit von externen Kräften ändert. In diesem Zusammenhang kann auf Siliziumelemente verwiesen werden, denn der piezoresistive Effekt ist bei diesem Material vergleichsweise ausgeprägt. Eine Auswertung der Messdaten der Kraft- bzw. Drucksensoren 20 ermöglicht nicht nur eine Bestimmung der Schließzeitpunkte der Düsennadel, vielmehr besitzen die Messwerte auch eine starke Korrelation mit dem Kraftstoffdruck im Zulauf 5. Da der Druck im Zulauf 5 seinerseits wiederum vom Druck der Kraftstoff- Hochdruckquelle des Einspritzsystems, in der Regel ein Common Rail, bestimmt wird, lässt sich aus den Messdaten der Sensoren 20 auch der jeweilige Betriebsdruck der Kraftstoff- Hochdruckquelle ermitteln. Dies gilt insbesondere während der Schließphase der Düsennadel, denn in dieser Phase sind strömungsdynamische Effekte am jeweiligen Injektor minimal, d.h. im Steuerraum 7 des Injektors und damit auch im Druckraum 14 steht ein Druck an, welcher weitestgehend dem Druck der Kraftstoff-Hochdruckquelle entspricht.
Da ein Verbrennungsmotor mit Einspritzsystem in der Regel mehrere Zylinder bzw. Brennräume und dementsprechend mehrere Injektoren besitzt, stehen die Druck- bzw. Kraftsensoren 20 von entsprechend mehreren Kraftstoffinjektoren zur Verfügung, so dass der Zuführdruck des Kraftstoffes bzw. der Kraftstoff-Hochdruckquelle mehrfach redundant ermittelt werden kann. Gleichzeitig kann die übliche, bisher der Kraftstoff- Hochdruckquelle gesondert zugeordnete Sensorik zur Drucküberwachung entfallen.
Eine mit den Kraft- bzw. Drucksensoren 20 kommunizierende Motorsteuerung„kennt" bei entsprechender Datenauswertung die Öffnungs- und Schließzeitpunkte der Düsennadel und dem jeweiligen Druck der Kraftstoff- Hochdruckquelle des Einspritzsystems.
Im Ergebnis ist damit eine besonders präzise Steuerung des Einspritzsystems eines Motors möglich.

Claims

Ansprüche
1. Kraftstoffinjektor mit von einer Düsennadel oder dergleichen gesteuerten Einspritzdüsen und einem mit einer Hoch- und einer Niederdruckseite des Injektors kommunizierenden Steuerraum (7), welcher als Arbeitsraum eines mit der Düsennadel antriebsgekoppelten Verdrängers (6) ausgebildet und mittels einer Steuerventilanordnung (10) zwischen einem Schließdruck, bei dem die Düsennadel vom Verdränger (6) in ihre Schließlage gestellt wird, und einem Öffnungsdruck umsteuerbar ist, bei dem die Düsennadel mit dem Verdränger
(6) in die Offenlage übergeht, dadurch gekennzeichnet, dass dem Steuerraum
(7) ein Kraft- oder Drucksensor (20) zur Erfassung charakteristischer Druckänderungen beim Schließen und Öffnen der Düsennadel zugeordnet ist.
2. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine nie- derdruckseitige Auslaufmündung (9) des Steuerraums (7) mittels eines hül- senförmigen Schließkörpers (11) steuerbar ist, der auf einer zur Auslaufmündung (9) gleichachsigen Führungsstange (13) verschiebbar angeordnet ist, und dass die Führungsstange (13) mit ihrem mündungsfernen Ende an einen Kraft- oder Drucksensor (20) gekoppelt ist.
3. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerventilanordnung ein elektromagnetischer Aktor (16) zugeordnet ist.
4. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor eine zur Führungsstange (13) konzentrische Magnetspule (17) mit ringförmigen Innen- und Außenpolen (18,19) aufweist.
5. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass am Schließkörper (11) ein mit den Innen- und Außenpolen (18,19) zusammenwirkender sternförmiger Anker angeordnet ist.
6. Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das mündungsferne Ende der Führungsstange einen piezoelektrischen Kraft- oder Drucksensor (20) beaufschlagt.
7. Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraft- oder Drucksensor (20) auf der Niederdruckseite angeordnet ist.
8. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftoder Drucksensor am Eingang einer relativ drucklosen Rücklaufleitung (21) angeordnet ist.
9. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Kraft- oder Drucksensor (20) ein piezoresistiver Sensor vorgesehen ist.
10. Kraftstoffinjektor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraft- oder Drucksensor (20) ausgangsseitig mit einer Signalauswertung bzw. Motorsteuerung kommuniziert, die die Sensorsignale zur Bestimmung von Schließzeitpunkten der Düsennadel und/oder des Druckes einer mit dem Kraftstoffinjektor kommunizierenden Kraftstoff- Hochdruckquelle auswertet.
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