WO2012167994A2 - Kraftstoffeinspritzventil - Google Patents

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Helmut Clauss
Wolfgang Stoecklein
Thomas Pauer
Changyi Wang
Markus Rueckle
Matthias Schnell
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Robert Bosch GmbH
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02M2200/00—Details of fuel-injection apparatus, not otherwise provided for
    • F02M2200/24—Fuel-injection apparatus with sensors
    • F02M2200/247—Pressure sensors

Definitions

  • the invention relates to a fuel injection valve according to the preamble of claim 1 and a method for operating the fuel injection valve according to an independent claim.
  • Switching elements such as relays or solenoid valves, in particular as
  • Injectors are used in an internal combustion engine, are exposed to high demands during operation and are therefore frequently monitored. This monitoring is done for example by an evaluation of currents and / or voltages of an actuator of the switching element. You can do this
  • Control unit or the like is generally associated with an increased effort in terms of the number of electrical lines.
  • solenoid valves for gasoline direct injection of internal combustion engines electrical control variables of the magnetic circuit can be used to determine the closing time of a nozzle needle of the injection valve when the magnetic circuit actuates the nozzle needle directly. In this case, additional measuring lines or the like are often unnecessary. In contrast - for example, for diesel injection - there are versions of
  • Injectors in which the magnetic circuit additionally actuates a servo valve, which subsequently controls a nozzle needle actuated high-pressure hydraulics.
  • the closing time of the nozzle needle can not be determined from the movement of a magnet armature of the solenoid valve. From DE 10 2010 063 681 a method is known in which a
  • Measuring state is prepared in which at least one terminal of the actuator is at least temporarily decoupled from a reference potential and / or from a source controlling the actuator substantially.
  • at least one signal of at least one sensor of a sensor device is determined from at least one electrical potential at at least one connection of the actuator.
  • the intended overcurrent protection device in series with a sensor advantageously ensures that a connected actuator is not connected to the reference potential in the event of a short-circuit of the sensor and can thus continue to be operated in the event of a short-circuit of the sensor.
  • Figure 1 is a partial sectional view of a servo valve of a fuel injection valve with a magnetic switching member and a valve piece;
  • Figure 2 is a timing diagram of a control chamber pressure and a stroke of a valve member formed as a valve element of the servo valve of Figure 1;
  • Figure 3 is a simplified schematic of an embodiment of the
  • Figure 4 is a schematic circuit diagram with a fuel injection valve and an electrical circuit for controlling the
  • Figure 5 shows a first embodiment of an overcurrent protection device
  • Figure 6 shows another embodiment of the overcurrent protection device.
  • Figure 1 shows a partial sectional view of a servo valve 10 of a fuel injection valve 1 1 not further shown in detail
  • the servo valve 10 is substantially identical to the servo valve 10.
  • a fixed to a (not shown) housing support plate 14 is shown in a vertically central region, a magnetic switching member 16 is shown, and in a lower portion is a housing-fixed valve member 18 with a hydraulic control chamber 20 and a on a valve needle, not shown, of the fuel injection valve 1 1 acting or firmly connected with such a valve needle connected valve piston 22.
  • the support plate 14 has in the region of the longitudinal axis 12 a support piston 24, with which a force-sensitive transducer 26 is operatively connected.
  • the force-sensitive transducer 26 is in turn supported in the direction of the longitudinal axis 12 on the support plate 14.
  • two openings (without reference numerals) are arranged, through which lines for contacting the terminals 70a and 70b of a
  • the magnetic switching element 16 comprises a coil 30, which in a
  • Magnet core 32 is embedded, wherein the magnetic core 32 is pressed by a plate spring 34 against an annular armature stop 36.
  • armature bolt 40 mounted in a play-like manner along the longitudinal axis 12 but held radially, on which an armature 42 is displaceably arranged in the direction of the longitudinal axis 12.
  • a lower end region 44 of the armature 42 in FIG. 1 can rest on a sealing portion 46 of the valve piece 18 forming a valve seat.
  • the end region 44 forms a valve element of the servo valve 10 so far.
  • the magnetic switching element 16 is designed as the other elements of the servo valve 10 is substantially rotationally symmetrical, but only the right half in the drawing a sectional view is shown.
  • a guide diameter of the anchor bolt 40 and a seat diameter in the region of the sealing portion 46 are approximately equal.
  • the valve piece 18 defines the hydraulic control chamber 20 and the
  • Valve piston 22 The valve piston 22 is displaceable in the valve piece 18 in the direction of the longitudinal axis 12 and, as already mentioned above, coupled to a valve element (nozzle or valve needle), not shown.
  • a valve element nozzle or valve needle
  • an inlet throttle 52 is arranged, through which the control chamber 20 with a high pressure fluid 54 can be fed.
  • the fluid 54 is provided, for example, by a common-rail fuel system (not shown).
  • Anchor bolts 40 are arranged is with a not shown
  • the end portion 44 is pressed by a valve spring, not shown, against the sealing portion 46, the servo valve 10 is thus closed. Due to the pressure conditions in the control chamber 20, the valve piston 22 is pressed down in the drawing, so that the (not shown) valve needle closes. If the coil 30 is energized, the armature 42 by magnetic force in the direction of the magnetic core 32 against the
  • Anchor stop 36 moves.
  • fluid flows from the control chamber 20 to the fluid chamber 56, so that the pressure in the control chamber 20 decreases and the valve needle with the valve piston 22 in Figure 1 can move upwards and open.
  • the fuel injection begins.
  • To close the energization of the coil 30 is terminated.
  • the valve spring By the valve spring, the end portion 44 is again pressed against the sealing portion 46, the servo valve 10 thus closes, and the outflow of fluid from the control chamber 20 is terminated. Since fluid continues to flow via the inlet throttle 52 into the control chamber 20, the
  • Closing direction moves. The fuel injection ends.
  • the closing time of the fuel injection valve 1 1 can be determined by the course of the force that the anchor bolt 40 against the
  • force-sensitive transducer 26 exercises, is evaluated.
  • a voltage is built up in the latter or generates a current pulse or there is a change of a passive parameter of the sensor, for example its resistance or its capacitance, whereby a sensor signal is generated.
  • the sensor signal can be detected by means of an electrical
  • the force-sensitive transducer 26 may also be designed as a sensor, which alternatively or additionally a force and / or pressure of the fluid 54 and / or a structure-borne noise of the support plate 14 and a housing of the
  • Fuel injection valve 1 1 detects, so that also from Opening times and / or closing times of the servo valve 10 can be determined.
  • Force sensitive transducer 26 will therefore be generically referred to as sensor 26 below.
  • Figure 2 shows a temporal relationship between the pressure 160 in the
  • Valve chamber 50, the pressure 60 in the control chamber 20 and the stroke 62 of the valve piston 22 and the associated valve needle are plotted on the ordinate, the pressure 60 in the control chamber 20 and the pressure 160 in the valve chamber 50, and in a lower diagram, the stroke 62 of the valve piston 22 is plotted on the ordinate.
  • the pressure 60 is shown by a solid line, the pressure 160 by a dashed line.
  • a stroke 62 of zero means a closed injection valve. Both diagrams have on the abscissa an equal time scale t.
  • the pressure 160 in the valve chamber 50 which is identical with the pressure 60 in the control chamber 20 when the servo valve 10 is closed, acts on the force-sensitive converter 26 via the anchor bolt 40, and can thus be converted into a sensor signal, so that the changes in the pressure 160 imaged in the sensor signal and thus can be evaluated for a determination, for example, the closing time.
  • FIG. 3 shows a simplified schematic embodiment of the
  • the actuator 80 may include the aforementioned coil 30, but may include other or further elements.
  • the connections HS and LS of the actuator 80 are isolated out of the housing 64 of the fuel injection valve 1 1 led out.
  • the terminal 70a of the sensor device 70 is electrically conductively connected to the terminal HS of the actuator 80, the further terminal 70b of the sensor 26 is electrically conductive with an electrically conductive portion
  • a reference potential 88 which in the present case is a ground potential of a motor vehicle containing the fuel injection valve 1 1, electrically conductively connected. This is done by means of the mechanical attachment of the
  • Fuel injection valve 1 which is screwed for example in an engine block. This is not shown in the drawing.
  • the sensor 26 determines according to the illustration of Figure 2, the pressure 160 in the valve chamber 50 of the servo valve 10. About the terminal HS and LS of the actuator 80, a signal of the sensor 26 can be determined by an electrical potential at the terminal HS or LS of the actuator is detected. Due to the arrangement of the sensor 26 within the housing 64 is the
  • the embodiments of the fuel injection valve 1 1 described below with reference to FIGS. 4 to 6 are of course not limited to the embodiments of the servo valve described above with reference to FIGS. 1 to 3 and the methods described therefor.
  • the coil 30 will therefore be referred to hereinafter generally as an actuator 80.
  • Figure 4 shows a schematic circuit diagram with the fuel injection valve 1 1 and an electrical circuit 100 for controlling the
  • Fuel injection valve 1 1 comprises the actuator 80 and the sensor device 70.
  • the sensor device 70 comprises the sensor 26 with terminals 26a and 26b and an overcurrent protection device 90 connected in series with the sensor 26 with terminals 90a and 90b.
  • the terminal 90b of the overcurrent protection device 90 is connected to the terminal 26a of the sensor.
  • the sensor 26 is connected with its terminal 26a directly to the terminal 70a of the sensor device 70 and the overcurrent protection device 90 is connected with its terminal 90b to the terminal 70b of the sensor device 70 and thus to the reference potential 88.
  • the terminal 26b of the sensor 26 and the terminal 90a of the overcurrent protection device 90 connected with each other.
  • Sensor device 70 and the terminals HS or LS and between the sensor device 70 and the reference potential 88 further components such as resistors, coils or capacitors are. Also between the
  • Overcurrent protection device 90 and the sensor 26 may have more
  • Components are located.
  • the port 70a is the
  • Sensor device 70 is not connected to the terminal HS of the actuator 80, as shown in Figure 4, but the terminal 70a of the sensor device 70 is connected to the
  • a vertical dashed line 84 In FIG. 4 to the left of a vertical dashed line 84 is the fuel injection valve 1 1.
  • the sensor device 70 is connected to the connection 70a to the connection HS of the actuator 80, and connected to the connection 70b to the reference potential 88.
  • the area between the vertical dashed line 84 and a vertical dashed line 82 represents a (not explicitly drawn) wiring harness, among others
  • Control lines 76 and 77 includes.
  • An arrow 98 symbolizes the connection of the reference potential 88 or the vehicle ground between the
  • Kraftstoffeinspritzeinventil 1 1 and a mass of the electric circuit 100. This connection is made in parallel over the body of the vehicle and a ground line within the wiring harness.
  • a line 82 is the electrical circuit
  • the electrical circuit 100 serves to actuate the actuator 80 and to detect a signal of the sensor 26, for example via a potential U 76 and / or a potential U 77 .
  • the actuator 80 is energized by means of the electrical circuit 100. This happens because the electrical circuit turns on the actuator 80 to a driving source, that is, low impedance connects to the source. In connection with Figure 1, the coil 30 is therefore energized and the servo valve 10 can be brought into a working position. Of course, the illustrated principle can also be transferred to other actuators.
  • the actuator 80 is decoupled from the driving source by means of the electrical circuit 100. The current in the actuator 80 becomes zero, and in conjunction with FIG. 1, the servo valve 10 can assume its rest position.
  • a measurement state is established in which an evaluation circuit not further explained within the electrical circuit 100 is activated. This can also be done regardless of whether and how far the
  • Residual energy of the actuator 80 has actually decayed in the previous second phase.
  • the transition from the second to the third phase can therefore after
  • the not further explained evaluation circuit within the electrical circuit 100 may also be constantly active.
  • the evaluation circuit which is not explained in detail, in the electrical circuit 100 detects the potentials U 76 and / or U 77 of the control lines 76 and / or 77 against the reference potential 88 in order to determine a voltage signal or current signal generated by the sensor device 70 or the sensor 26. It may also suffice to evaluate the potential U 76 alone or the potential U 77 alone.
  • the electrical circuit 100 In dependence on the above evaluation of the potential U 76 and / or the potential U 77 , the electrical circuit 100 generates a signal 92, which is formed as a function of the signal of the sensor 26 and which images the signal of the sensor 26 in the measuring state. If there is now a short circuit of the sensor 26, that is, the terminals 26a and 26b of the sensor are connected substantially directly to each other or the terminal 26a of the sensor 26 is connected to the reference potential 88 or to the terminal LS of the actuator 80, so provides
  • Overcurrent protection device 90 that the sensor 26 is separated from the actuator 80.
  • the connection 70a of the sensor device 70 is disconnected from the sensor 26.
  • Circuit 100 is present, has a different time course than that at functioning and connected to the actuator 80 sensor 26 present potential in the absence of short circuit of the sensor 26. From the electrical circuit 100, depending on the electrical potential U 76 or the course of the electric potential U 76, the short circuit of the sensor 26 is determined. Depending on the determined short circuit is a
  • the first phase for controlling the actuator 80 is performed independently of the determined in the third phase profile of the potential U 76 .
  • the actuator 80 is detected in the first phase as a function of the potential U 76 , U 77 determined in the third phase or in one of the previously performed third phases, in particular as a function of one of the potentials U 76 , U 77 Closing time of a valve needle, not shown, driven.
  • the actuator 80 in the first phase is controlled independently of the potential 26 previously determined in the third phase or in one of the third phases.
  • the overcurrent protection device 90 is designed such that in the
  • Short circuit path and overcurrent protection device 90 The
  • Overcurrent protection device 90 then ensures a separation of the sensor 26 from the actuator 80. In the event of a short circuit of the sensor 26 interrupts the
  • Overcurrent protection device 90 the current flow between the actuator 80 and the sensor 26 generally when the current exceeds a certain value during a certain period of time.
  • the actuator 80 is driven in the first phase in response to the determined in the third phase potential U 76 .
  • the activation of the actuator in the first phase is performed independently of the potential U 76 determined in the third phase.
  • the overcurrent protection device 90 is located either between the housing 64 and the sensor 26 or between the sensor 26 and the actuator 80 or the connection HS, LS of the actuator 80th
  • the short circuit of the sensor 26 in the third phase is determined by the electrical circuit 100 as a function of the electrical potential U 76 , U 77 or the course of the electrical potential U 76 , U 77 .
  • the electrical potential U 76 , U 77 in the case of the short circuit of the sensor 26 essentially corresponds to the potential U 76 , U 77 , which is predetermined by the electrical circuit 100 or the actuator 80 when the sensor device 26 is disconnected.
  • FIG. 5 shows a first embodiment of the overcurrent protection device 90.
  • the overcurrent protection device 90 is embodied as a thin conductor track section 102 of a conductor track.
  • the conductor is located on a circuit board.
  • the trace extends longitudinally in a direction 104.
  • Trace portion 102 is characterized by a reduced width 106 over a particular length of the trace along direction 104. In the case of a short circuit of the sensor 26, the current increases through the thin
  • FIG. 6 shows another embodiment of the overcurrent protection device 90 with two diodes 108 and 110 connected in antiparallel
  • the two diodes 108 and 110 can be embodied as common or as separate semiconductor components.
  • Another embodiment of the overcurrent protection device 90 relates to a thin wire, not shown, which is loaded in the event of a short circuit with an excessive current and thus destroyed.
  • Another embodiment of the overcurrent protection device is a
  • Fuse in which a fusible conductor breaks off the flow of current in the event of a short circuit due to melting.

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Abstract

Es wird ein Kraftstoffeinspritzventil (11) mit einem Aktor (80) und einer Sensoreinrichtung (70) sowie ein Verfahren beschrieben. Ein erster Anschluss (70a) der Sensoreinrichtung (70) ist mit einem Anschluss (HS) eines Aktors (80) verbunden. Ein weiterer Anschluss (70b) der Sensoreinrichtung (70) ist mit einem Bezugspotential (88) verbunden. Die Sensoreinrichtung (70) umfasst einen Sensor (26) und eine in Serie zu dem Sensor (26) geschaltete Überstromschutzeinrichtung (90).

Description

Beschreibung
Titel
Kraftstoffeinspritzventil Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzventil nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Betreiben des Kraftstoffeinspritzventils nach einem nebengeordneten Patentanspruch.
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 zugrunde liegende Problem wird durch ein
Kraftstoffeinspritzventil nach dem Anspruch 1 sowie ein Verfahren und eine elektrische Schaltung nach nebengeordneten Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Durch die vorgesehene Überstromschutzeinrichtung in Serie zu einem Sensor wird vorteilhaft erreicht, dass ein angeschlossener Aktor im Kurzschlussfall des Sensors nicht mit dem Bezugspotential verbunden wird und damit bei einem Kurzschluss des Sensors weiterbetrieben werden kann. Eine schnelle
Abschaltung des Sensors verhindert damit eine Störung der Aktorfunktion oder auch eine Beschädigung des Aktors und ermöglicht den weiteren fehlerfreien Betrieb des Aktors. Vorteilhaft wird bei dem Verfahren in Abhängigkeit von dem elektrischen
Potential oder dessen Verlauf der Kurzschluss des Sensors ermittelt. Dadurch wird vorteilhaft der Weiterbetrieb des Aktors auch ohne ein Signal des Sensors ermöglicht. Für die Erfindung wichtige Merkmale finden sich 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 ein schematisches Schaltbild mit einem Kraftstoffeinspritzventil und einer elektrischen Schaltung zur Ansteuerung des
Kraftstoffeinspritzventils;
Figur 5 eine erste Ausführungsform einer Überstromschutzeinrichtung;
und
Figur 6 eine weitere Ausführungsform der Überstromschutzeinrichtung.
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 1 1 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 1 1 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 Ankerbolzens 40 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) 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 bewegt. Die Kraftstoff-Einspritzung endet.
Der Schließzeitpunkt des Kraftstoffeinspritzventils 1 1 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 einer elektrischen
Schaltung, wie sie nachfolgend in der Figur 4 beschrieben wird, 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 1 1 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 1 1 . Der Aktor 80 kann die vorgenannte Spule 30 umfassen, jedoch auch andere oder weitere Elemente. Die Anschlüsse HS und LS des Aktors 80 sind isoliert aus dem Gehäuse 64 des Kraftstoffeinspritzventils 1 1 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 1 1 enthaltenden Kraftfahrzeugs ist, elektrisch leitend verbunden. Dies erfolgt mittels der mechanischen Befestigung des
Kraftstoffeinspritzventils 1 1 , 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.
Die nachfolgend zu den Figuren 4 bis 6 beschriebenen Ausführungsformen des Kraftstoffeinspritzventils 1 1 sind selbstverständlich nicht auf die vorstehend zu den Figuren 1 bis 3 beschriebenen Ausführungsformen des Servoventils sowie der dazu beschriebenen Verfahren beschränkt. Die Spule 30 wird daher nachstehend allgemein als Aktor 80 bezeichnet.
Figur 4 zeigt ein schematisches Schaltbild mit dem Kraftstoffeinspritzventil 1 1 und einer elektrischen Schaltung 100 zur Ansteuerung des
Kraftstoffeinspritzventils 1 1 . Das Kraftstoffeinspritzventil 1 1 umfasst den Aktor 80 und die Sensoreinrichtung 70. Die Sensoreinrichtung 70 umfasst den Sensor 26 mit Anschlüssen 26a und 26b und eine in Serie zu dem Sensor 26 geschaltete Überstromschutzeinrichtung 90 mit Anschlüssen 90a und 90b. Der Anschluss 90b der Überstromschutzeinrichtung 90 ist mit dem Anschluss 26a des Sensors verbunden. Alternativ zu der gezeigten Sensoreinrichtung 70 kann die Position des Sensors
26 und der Überstromschutzeinrichtung 90 vertauscht sein, wobei der Sensor 26 mit seinem Anschluss 26a direkt mit dem Anschluss 70a der Sensoreinrichtung 70 verbunden ist und die Überstromschutzeinrichtung 90 mit ihrem Anschluss 90b mit dem Anschluss 70b der Sensoreinrichtung 70 und damit mit dem Bezugspotential 88 verbunden ist. Intern sind in diesem Fall der Anschluss 26b des Sensors 26 und der Anschluss 90a der Überstromschutzeinrichtung 90 miteinander verbunden. Selbstverständlich können sich zwischen der
Sensoreinrichtung 70 und den Anschlüssen HS oder LS und zwischen der Sensoreinrichtung 70 und dem Bezugspotential 88 weitere Bauelemente wie Widerstände, Spulen oder Kapazitäten befinden. Auch zwischen der
Überstromschutzeinrichtung 90 und dem Sensor 26 können sich weitere
Bauelemente befinden.
In einer alternativen Ausführungsform ist der Anschluss 70a der
Sensoreinrichtung 70 nicht mit dem Anschluss HS des Aktors 80, wie in Figur 4 verbunden, sondern der Anschluss 70a der Sensoreinrichtung 70 ist mit dem
Anschluss LS des Aktors 80 verbunden.
In der Figur 4 links von einer senkrechten gestrichelten Linie 84 befindet sich das Kraftstoffeinspritzventil 1 1. Die Sensoreinrichtung 70 ist mit dem Anschluss 70a an den Anschluss HS des Aktors 80 angeschlossen, und mit dem Anschluss 70b an das Bezugspotential 88 angeschlossen. Der Bereich zwischen der senkrecht gestrichelten Linie 84 und einer senkrecht gestrichelten Linie 82 repräsentiert einen (nicht explizit gezeichneten) Kabelbaum, der unter anderem
Ansteuerleitungen 76 und 77 umfasst. Ein Pfeil 98 symbolisiert die Verbindung des Bezugspotentials 88 beziehungsweise der Fahrzeugmasse zwischen dem
Kraftstoffeinspritzeinventil 1 1 und einer Masse der elektrischen Schaltung 100. Diese Verbindung erfolgt parallel über die Karosserie des Fahrzeugs und über eine Masseleitung innerhalb des Kabelbaums. In der Figur 4 rechts von einer Linie 82 befindet sich die elektrische Schaltung
100. Die elektrische Schaltung 100 dient dazu, den Aktor 80 anzusteuern sowie ein Signal des Sensors 26 beispielsweise über ein Potential U76 und/oder ein Potential U77 zu erfassen. In einer ersten Phase wird der Aktor 80 mittels der elektrischen Schaltung 100 bestromt. Dies geschieht dadurch, dass die elektrische Schaltung den Aktor 80 an eine ansteuernde Quelle anschaltet, das heißt, niederohmig mit der Quelle verbindet. In Verbindung mit Figur 1 wird die Spule 30 daher bestromt und das Servoventil 10 kann in eine Arbeitsstellung gebracht werden. Selbstverständlich lässt sich das dargestellte Prinzip auch auf andere Aktoren übertragen. 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 zu Null, und in Verbindung mit Figur 1 kann das Servoventil 10 seine Ruhestellung einnehmen.
In einer dritten Phase wird ein Messzustand hergestellt, in dem eine nicht weiter erläuterte Auswerteschaltung innerhalb der elektrischen Schaltung 100 aktiviert wird. Dies kann auch unabhängig davon erfolgen, ob und wie weit die
Restenergie des Aktors 80 in der vorangegangenen zweiten Phase tatsächlich abgeklungen ist. Der Übergang von der zweiten zur dritten Phase kann also nach
Bedarf willkürlich gewählt werden. Alternativ kann die nicht weiter erläuterte Auswerteschaltung innerhalb der elektrischen Schaltung 100 auch ständig aktiv sein. Die nicht näher erläuterte Auswerteschaltung in der elektrischen Schaltung 100 erfasst die Potentiale U76 und/oder U77 der Ansteuerleitungen 76 und/oder 77 gegen das Bezugspotential 88, um ein durch die Sensoreinrichtung 70 beziehungsweise den Sensor 26 erzeugtes Spannungssignal oder Stromsignal zu ermitteln. Es kann auch genügen, allein das Potential U76 oder allein das Potential U77 auszuwerten. In Abhängigkeit von der vorstehenden Auswertung des Potentials U76 und/oder des Potentials U77 erzeugt die elektrische Schaltung 100 ein Signal 92, das in Abhängigkeit von dem Signal des Sensors 26 gebildet wird und das das Signal des Sensors 26 in dem Messzustand abbildet. Liegt nun ein Kurzschluss des Sensors 26 vor, das heißt, die Anschlüsse 26a und 26b des Sensors werden im Wesentlichen direkt miteinander verbunden oder der Anschluss 26a des Sensors 26 wird mit dem Bezugspotential 88 oder mit dem Anschluss LS des Aktors 80 verbunden, so sorgt die
Überstromschutzeinrichtung 90 dafür, dass der Sensor 26 vom Aktor 80 getrennt wird. Hierbei wird der Anschluss 70a der Sensoreinrichtung 70 vom Sensor 26 getrennt. Damit entspricht in der dritten Phase das elektrische Potential U76 im Falle des Kurzschlusses des Sensors 26, das heißt bei abgetrenntem Sensor 26, im Wesentlichen dem Potential, welches bei abgetrennter Sensoreinrichtung 70 von der elektrischen Schaltung 100 bzw. vom Aktor 80 wird. Dieses elektrische Potential U76, das bei abgetrennter Sensoreinrichtung in der elektrischen
Schaltung 100 vorliegt, weist einen anderen zeitlichen Verlauf auf als das bei funktionierendem und mit dem Aktor 80 verbundenen Sensor 26 vorliegende Potential bei nicht-vorliegendem Kurzschluss des Sensors 26. Von der elektrischen Schaltung 100 wird in Abhängigkeit von dem elektrischen Potential U76 oder von dem Verlauf des elektrischen Potentials U76 der Kurzschluss des Sensors 26 ermittelt. In Abhängigkeit von dem ermittelten Kurzschluss wird ein
Fehlersignal 94 erzeugt. Im Falle eines Kurzschlusses des Sensors 26 wird die erste Phase zur Ansteuerung des Aktors 80 unabhängig von dem in der dritten Phase ermittelten Verlauf des Potentials U76 durchgeführt. In einem Normalbetrieb wird der Aktor 80 in der ersten Phase in Abhängigkeit von dem in der dritten Phase bzw. in einer der zuvor durchgeführten dritten Phasen ermittelten Potential U76, U77 , insbesondere in Abhängigkeit von einem aus dem Potential U76, U77 ermittelten Schließzeitpunkt einer nicht dargestellten Ventilnadel, angesteuert. Im Falle eines Kurzschlusses des Sensors 26, d.h. in einem Kurzschlussbetrieb, wird der Aktor 80 in der ersten Phase unabhängig von dem zuvor in der dritten Phase bzw. in einer der dritten Phasen ermittelten Potential 26 angesteuert.
Die vorstehenden Ausführungen bezüglich des Potentials U76 lassen sich auf die Ausführungsform, bei der das Potential U77 ausgewertet wird, entsprechend übertragen. Die vorstehenden Ausführungen sowie deren Übertragung auf das Potential U77 gelten unabhängig davon, ob die Sensoreinrichtung 70 mit ihrem Anschluss 70a mit dem Anschluss HS oder dem Anschluss LS des Aktors 80 verbunden ist.
Die Überstromschutzeinrichtung 90 ist derart ausgebildet, dass in dem
Normalbetrieb die über den Sensor 26 fließenden Ströme keine Abtrennung des Sensors 26 von dem Aktor 80 zur Folge haben. Bei einem Kurzschlussfall fließen erhöhte Ströme über den Sensor 26 bzw. über den entstandenen
Kurzschlusspfad und die Überstromschutzeinrichtung 90. Die
Überstromschutzeinrichtung 90 sorgt dann für ein Abtrennen des Sensors 26 von dem Aktor 80. Im Kurzschlussfall des Sensors 26 unterbricht die
Überstromschutzeinrichtung 90 den Stromfluss zwischen dem Aktor 80 und dem Sensor 26 allgemein dann, wenn die Stromstärke einen bestimmten Wert während einer bestimmten Zeitdauer überschreitet. In dem Normalbetrieb des Schaltglieds 16 wird der Aktor 80 in der ersten Phase in Abhängigkeit von dem in der dritten Phase ermittelten Potential U76 angesteuert. Im Falle eines Kurzschlusses wird die Ansteuerung des Aktors in der ersten Phase unabhängig von dem in der dritten Phase ermittelten Potential U76 durchgeführt. Die Überstromschutzeinrichtung 90 befindet sich entweder zwischen dem Gehäuse 64 und dem Sensor 26 oder zwischen dem Sensor 26 und dem Aktor 80 bzw. dem Anschluss HS, LS des Aktors 80.
Von der elektrischen Schaltung 100 wird in Abhängigkeit von dem elektrischen Potential U76, U77 oder dem Verlauf des elektrischen Potentials U76, U77 der Kurzschluss des Sensors 26 in der dritten Phase ermittelt. In der dritten Phase entspricht das elektrische Potential U76, U77 im Falle des Kurzschlusses des Sensors 26 im Wesentlichen dem Potential U76, U77, welches bei abgetrennter Sensoreinrichtung 26 von der elektrischen Schaltung 100 bzw. vom Aktor 80 vorgegeben wird.
Figur 5 zeigt eine erste Ausführungsform der Überstromschutzeinrichtung 90. Die Überstromschutzeinrichtung 90 ist als ein dünner Leiterbahnabschnitt 102 einer Leiterbahn ausgeführt. Die Leiterbahn befindet sich auf einer Leiterplatte. Die Leiterbahn erstreckt sich längs in einer Richtung 104. Der dünne
Leiterbahnabschnitt 102 zeichnet sich durch eine reduzierte Breite 106 über eine bestimmte Länge der Leiterbahn entlang der Richtung 104 aus. Im Falle eines Kurzschlusses des Sensors 26 erhöht sich der Strom durch den dünnen
Leiterbahnabschnitt 102. Die entstehende Erwärmung und Überhitzung führt zur Zerstörung des Leiterbahnabschnitts 102 und damit der
Überstromschutzeinrichtung 90.
Figur 6 zeigt eine andere Ausführungsform der Überstromschutzeinrichtung 90 mit zwei antiparallel geschalteten Dioden 108 und 1 10. Im Falle eines
Kurzschlusses des Sensors 26 werden die Dioden 108 und 1 10 überlastet und öffnen sich. Die beiden Dioden 108 und 1 10 können als gemeinsames oder als separate Halbleiterbauelemente ausgeführt sein.
Eine weitere Ausführungsform der Überstromschutzeinrichtung 90 betrifft einen nicht dargestellten dünnen Draht, der im Kurschlussfall mit einem überhöhten Strom belastet und damit zerstört wird. Eine weitere Ausführungsform der Überstromschutzeinrichtung ist eine
Schmelzsicherung, bei der ein Schmelzleiter durch Abschmelzen den Stromfluss im Kurzschlussfall unterbricht.

Claims

Ansprüche
1 . Kraftstoffeinspritzventil (1 1 ) mit einem Aktor (80) und einer
Sensoreinrichtung (70), wobei ein erster Anschluss (70a) der
Sensoreinrichtung (70) mit einem Anschluss (HS; LS) eines Aktors (80) verbunden ist, wobei ein weiterer Anschluss (70b) der Sensoreinrichtung
(70) mit einem Bezugspotential (88) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (70) einen Sensor (26) und eine in Serie zu dem Sensor (26) geschaltete Überstromschutzeinrichtung (90) umfasst.
2. Kraftstoffeinspritzventil (1 1 ) nach dem Anspruch 1 , wobei die
Überstromschutzeinrichtung (90) als dünner Draht ausgeführt ist.
3. Kraftstoffeinspritzventil (1 1 ) nach dem Anspruch 1 , wobei die
Überstromschutzeinrichtung (90) als dünner Leiterbahnabschnitt (102) einer Leiterbahn ausgeführt ist.
4. Kraftstoffeinspritzventil (1 1 ) nach dem Anspruch 1 , wobei die
Überstromschutzeinrichtung (90) als Schmelzsicherung ausgeführt ist.
5. Kraftstoffeinspritzventil (1 1 ) nach dem Anspruch 1 , wobei die
Überstromschutzeinrichtung (90) als Halbleiterbauelement ausgeführt ist.
6. Kraftstoffeinspritzventil (1 1 ) nach dem Anspruch 5, wobei das
Halbleiterbauelement zwei antiparallel geschaltete Dioden (108, 109) umfasst.
7. Kraftstoffeinspritzventil (1 1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der weitere Anschluss (70b) der Sensoreinrichtung (70) elektrisch leitend mit einem elektrisch leitenden Abschnitt (66) eines Gehäuses (64) des
Kraftstoffeinspritzventils (1 1 ) verbunden ist.
8. Kraftstoffeinspritzventil (1 1 ) nach Anspruch 7, wobei sich die
Überstromschutzeinrichtung (90) zwischen dem leitenden Abschnitt (66) und dem Sensor (26) befindet.
9. Kraftstoffeinspritzventil (1 1 ) nach Anspruch 7, wobei sich die
Überstromschutzeinrichtung (90) zwischen dem Sensor (26) und einem der Anschlüsse (HS; LS) des Aktor (80) befindet.
10. Verfahren zum Betreiben des Kraftstoffeinspritzventils (1 1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei bei dem Verfahren in einer ersten Phase der Aktor (80) von einer Quelle angesteuert wird, wobei in einer zweiten Phase der Aktor (80) von dem Bezugspotential (88) und/oder von der ansteuernden Quelle im Wesentlichen entkoppelt wird, und wobei in einer dritten Phase ein Signal des Sensors (26) der Sensoreinrichtung (70) aus einem elektrischen Potential (U76,U77) zwischen dem Anschluss (HS; LS) des
Aktors (80) und dem Bezugspotential (88) ermittelt wird, dadurch
gekennzeichnet, dass von der elektrischen Schaltung (100) in Abhängigkeit von dem elektrischen Potential (U76,U77) oder dem Verlauf des elektrischen Potentials (U76,U77) der Kurzschluss des Sensors (26) ermittelt wird.
1 1 . Verfahren nach dem Anspruch 10, wobei in der dritten Phase das elektrische Potential (U76,U77) im Falle des Kurzschlusses des Sensors (26) im
Wesentlichen dem Potential (U76,U77) entspricht, welches bei abgetrennter Sensoreinrichtung (26) von der elektrischen Schaltung (100) und dem Aktor (80) vorgegeben wird.
12. Verfahren nach dem Anspruch 10 oder 1 1 , wobei in einem Normalbetrieb der Aktor (80) in der ersten Phase in Abhängigkeit von dem in der dritten Phase bzw. einer der zuvor durchgeführten dritten Phasen ermittelten Potential (U76,U77) angesteuert wird, und dass im Falle eines Kurzschlusses des Sensors (26), d.h. in einem Kurzschlussbetrieb, der Aktor (80) in der ersten Phase unabhängig von dem zuvor in der dritten Phase bzw. in einer der dritten Phasen ermittelten Potential (26) angesteuert wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei in Abhängigkeit von dem ermittelten Kurzschluss ein Fehlersignal (94) erzeugt wird.
14. Elektrische Schaltung (100) zum Betreiben eines Aktors (80) mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13.
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