WO2014198446A1 - Kraftstoffinjektor und kraftstoffeinspritzsystem mit einem kraftstoffinjektor - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a fuel injector according to the preamble of
- Claim 1 Furthermore, the invention relates to a fuel injection system with at least one fuel injector according to the invention.
- Such a fuel injector is already known from the prior art and is used in self-igniting or spark-ignited internal combustion engines for injecting fuel into the combustion chamber of an internal combustion engine.
- Fuel injector has for this purpose an injection valve member, usually in the form of a nozzle needle, which is, for example, electromagnetically actuated.
- the fuel injector is coupled to a control device which controls the solenoid in the fuel injector accordingly, so that after lifting the injection valve member or the nozzle needle from a sealing seat under pressure fuel can be injected via at least one injection port into the combustion chamber of the internal combustion engine.
- the control unit calculates the required parameters (opening time and lift) of the injection valve member and thus a desired injection quantity, for example, based on the driver's desired load and environmental conditions, such as temperature and other parameters.
- a desired injection quantity for example, based on the driver's desired load and environmental conditions, such as temperature and other parameters.
- Fuel injection system it is desirable on the one hand to keep the above-mentioned 5 amount of reflux in the fuel return as low as possible, so that the feed pump of the fuel injection system can be operated with the least possible expenditure of energy, and on the other to be able to detect possible signs of wear on the individual components, if necessary Replacement of affected components to be able to increase the level o again. From DE 10 2005 032 636 A1 of the applicant, it is therefore already known, by means of an ultrasonic flow sensor, the
- the invention has the object, a fuel injector according to the preamble of claim 1 such that in particular over the life of the
- Fuel! njektors considered statements regarding its operating behavior are possible.
- a set drift device between a desired injection quantity and an actual injection quantity
- Fuel injection system to be supplied, which from a comparison of the actual injection quantity to the desired injection quantity a corresponding
- the flow measuring device is arranged in the region of an inlet throttle in the flow path.
- Such an installation location has the advantage that in the area of the inlet throttle the influence of the (component) tolerances, compared to other components, is the lowest, and that, moreover, the flow velocity in the flow case is highest, whereby a high signal quality can be achieved.
- the flow measuring means is at least indirectly designed to determine the mass flow rate of the flowing fuel.
- temperature and pressure influences which lead to different volume flows per unit time, can be equalized. This makes it unlike flow measuring devices that
- Volume flows detect, not required, a consideration of pressures and temperatures that would otherwise be done by means of suitable sensors to perform.
- this is designed as a thermal alphamesseinnchtung.
- a thermal alphamesseinnchtung can be implemented device technology with relatively little effort and also works with
- the measuring principle thus operates on the basis of the detected by the two measuring elements temperature difference of the flowing fuel, wherein in the knowledge of the heater in the
- Fuel supplied energy can be closed to the mass flow of the flowing fuel.
- the inlet throttle as a bypass in
- this is designed such that it surrounds the flow path in a section at least indirectly peripherally and preferably as a heating plate with a passage to
- Such a heating element has the particular advantage that it
- the invention also includes a fuel injection system having at least one fuel injector according to the invention, wherein a control device for
- Control of the at least one fuel injector is provided, such that the fuel injector emits a desired injection quantity into the combustion chamber of the internal combustion engine via its injection valve member.
- the control device is designed to control the fuel injector in consideration of the of
- Adjusted flow meter detected actual injection quantity this means that on the basis of the difference between the detected actual injection quantity and the setpoint injection quantity predetermined by the control unit in the event that, for example due to increased wear, the actual injection quantity is greater than the setpoint injection quantity.
- the controller the relevant fuel! Actuator controls such that it has, for example, a shorter injection time to adjust the actual injection quantity to the desired injection quantity.
- the actual injection quantity is less than the desired injection quantity, which occurs, for example, when due to coking or linings of the
- Fuel injection system has the advantage that there is a total of one the fuel quantity injected into the combustion chambers has optimized efficiency.
- Fuel injectors only a part of the fuel injectors a
- Diagnostic system can be fed.
- Such a fuel injection system has the advantage that fuel injectors affected by a deviation can be identified very easily, for example in the context of workshop visits, on the basis of the data transmitted.
- Fig. 1 shows a portion of a fuel injection system using a fuel according to the invention! Njektors in a simplified representation, a section in the region of a fuel supply to an injection valve member of the fuel injector of FIG. 1 for Explanation of how the measuring principle of a
- FIG. 3 shows a section in the region of an inlet throttle of the fuel injector according to FIG. 1 with a flow measuring device.
- FIG. 1 shows a partial region of a fuel injection system 100, which serves for injecting fuel into at least one combustion chamber of an internal combustion engine (not shown).
- the internal combustion engine may be a self-igniting internal combustion engine (diesel engine) or else a spark-ignited internal combustion engine (gasoline engine).
- diesel engine diesel engine
- spark-ignited internal combustion engine gasoline engine
- such an internal combustion engine has at least one combustion chamber in which
- the injector 10 has in a housing 1 1 an injection valve member 17, not shown in detail, usually in the form of a nozzle needle, which stands for injecting the under (high) pressure fuel into the combustion chamber of a sealing seat, not shown, while the fuel over at least an injection port 19, for example in the form of the fuel jets 12 shown in FIG. 1 injected into the combustion chamber.
- the fuel injection system 100 comprises, in a manner also known per se, a fuel supply system comprising for example one
- the fuel supply line 13 opens into a fuel inlet 14 in the region of the housing 11. Laterally next to the fuel inlet 14, the housing 11 also has a fuel return 15 which is coupled to a return line 16, via which the difference from the amount of the
- Fuel supply line 13 fed to the fuel injector 10 and over the fuel injector 10 is fed back into the combustion chamber amount of fuel in the fuel return system.
- the actuation of the injection valve member 17 takes place, for example
- Injection valve member 17 is arranged. Of course you can too
- control unit 20 calculates by way of example via an input line 21 to the control unit 20 supplied data, in particular data from engine sensors and a load request of the driver a desired injection quantity or injection time to achieve a desired injection quantity of fuel.
- control unit 20 can be connected via a diagnostic line 22 and an interface 23, not shown in detail with an external diagnostic device 25 in order to read data from the controller 20 can.
- Flow meter 30 for that amount of fuel that is injected via the fuel inlet 14 and the injection valve member 17 into the combustion chamber of the internal combustion engine.
- the flow measuring device 30 is connected via a connecting line 31 with the control unit 20 such that the
- Control unit 20 based on the values detected by the flow measuring device 30, the actual injection amount of fuel can calculate or detect that of the fuel! Njektor 10 is discharged into the combustion chamber.
- the flow measuring device 30 as
- Mass flow meter is formed in the region of the flow path of the fuel between the fuel inlet 14 in the housing 11 and the Injection valve member 17 is arranged.
- the flow measuring device 30 is arranged in the region of an inlet throttle 33, which is shown by way of example in FIG. 3.
- This may be an inlet throttle 33, via which the entire fuel which is injected into the combustion chamber by means of the injection valve member 17 flows, or else an inlet throttle 33, which bypasses the flow path between the fuel inlet 14 and the injection valve member 17 is arranged such that due to the known geometry or the flow cross-sections of the
- Inlet restrictor 33 and the flow path can be closed to the actual injection quantity of the fuel.
- the flow measuring means 30 is designed to detect, at least indirectly, the mass of the fuel flowing through the inlet throttle 33.
- Flow direction between the two measuring elements 35, 36 is in the housing 1 1 of the fuel! Njektors 10 a connected to a voltage source 37 intermediate plate 38 is arranged, which is part of a heater 40 for the fuel.
- the heating device 40 or the intermediate plate 38 has a
- Through hole 41 is directly in contact with the flowing fuel.
- the flowing fuel can also be provided that the
- Through hole 41 of the intermediate plate 38 is formed such that it surrounds a flow channel or the flow path of the fuel at a distance. All that is essential is that the heating device 40 makes it possible to transfer an amount of heat to the fuel in such a way that it is heated.
- FIG. 2 shows the measuring principle of the flow measuring device 30 on the basis of a heating element 43 arranged only at one point in the region of a flow path 42.
- the fuel flows through the flow path 42 in the direction of the arrows 44, i. in the drawing plane from left to right. It can be seen that by the transmitted via the heating element 43 to the fuel
- Heat flow fields 45a to 45d are formed, the different (Increased) temperatures of the fuel to represent, wherein in the region of the flow field 45a, the fuel has the highest temperature and in the region of the flow money 45d the lowest.
- Temperature of the fuel decreases in the flow direction, so that the temperature is detected by the measuring element 36, which prevails in the flow field 45d. However, this temperature is higher than a temperature which is detected in the region of the measuring element 35, since in this region upstream the heating element 43 can not heat the fuel.
- the temperatures detected by the two measuring elements 35, 36 are supplied as input values via the connecting line 31 to the control unit 20, such that the control unit 20 can calculate the actual injection quantity by means of an algorithm stored in the control unit 20. From a comparison between the actual injection quantity and the desired injection quantity, an adaptation of the desired injection quantity can be carried out such that the actual injection quantity corresponds to the desired injection quantity.
- the control unit 20 is adapted to store the time course or the data of the flow measuring device 30 in order to determine this over the
- the injector 10 can be modified or modified in many ways without departing from the spirit of the invention. Essential to the invention is only that by means of a suitable device, the actual flow rate of the fuel is detected in a fuel injector 10, which via a
- Injection valve member is discharged into the combustion chamber of an internal combustion engine.
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor (10), mit einem Kraftstoffzulauf (14), einem Einspritzventilglied (17) zum Abgeben von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine, wobei das Einspritzventil (17) über einen Strömungsweg mit dem Kraftstoffzulauf (14) verbunden ist, und mit einem Kraftstoffrücklauf (15). Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass in dem Strömungsweg eine Durchflussmesseinrichtung (30) für den in Richtung des Einspritzventilglieds (17) strömenden Kraftstoff angeordnet ist.
Description
Beschreibung
Kraftstoffinjektor und Kraftstoffeinspritzsystem mit einem Kraftstoff! njektor
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor nach dem Oberbegriff des
Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Kraftstoffeinspritzsystem mit wenigstens einem erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektor.
Ein derartiger Kraftstoffinjektor ist aus dem Stand der Technik bereits bekannt und dient bei selbstzündenden oder fremdgezündeten Brennkraftmaschinen zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine. Der
Kraftstoffinjektor weist hierzu ein Einspritzventilglied, üblicherweise in Form einer Düsennadel auf, die beispielsweise elektromagnetisch betätigbar ist. Hierzu ist der Kraftstoffinjektor mit einem Steuergerät gekoppelt, das die Magnetspule in dem Kraftstoffinjektor entsprechend ansteuert, so dass nach dem Abheben des Einspritzventilglieds bzw. der Düsennadel von einem Dichtsitz unter Druck stehender Kraftstoff über wenigstens eine Einspritzöffnung in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt werden kann. Das Steuergerät berechnet die erforderlichen Parameter (Öffnungszeit und Hub) des Einspritzventilglieds und somit eine Soll-Einspritzmenge beispielsweise anhand des Lastwunsches des Fahrers sowie anhand von Umgebungsbedingungen, wie der Temperatur und weiteren Parametern. Um einerseits sicherzustellen, dass stets genügend Kraftstoff zum Einspritzen in den Brennraum zur Verfügung steht, und
andererseits temperaturempfindliche Bauteile des Kraftstoffinjektors
herabgekühlt werden können, sind derartige bekannte Kraftstoffinjektoren so ausgelegt, dass sie mit mehr Kraftstoff versorgt werden, als dieser zum
Einspritzen in den Brennraum benötigt wird. Die Differenzmenge an Kraftstoff wird über einen Kraftstoffrücklaufanschluss in einen Kraftstoffrücklauf des Kraftstoffeinspritzsystems rückgespeist. Über die Lebensdauer eines Kraftfahrzeugs betrachtet unterliegen die hydraulischen bzw. mechanischen Komponenten eines
Kraftstoffeinspritzsystems, und somit auch die Bauteile des Kraftstoffinjektors einem Verschleiß. Darüber hinaus ist bereits im Neuzustand der Komponenten aufgrund der Fertigungstoleranzen eine gewisse Streuung hinsichtlich der Genauigkeit der Komponenten, die u.a. auch zu einem gewissen Mengendrift 5 zwischen den einzelnen Kraftstoffinjektoren eines Kraftstoffsystems führt, üblich.
Um diese Effekte, die über die Lebensdauer des Kraftfahrzeugs zu einem im Wirkungsgrad schlechteren Kraftstoffeinspritzsystem führen zu mindern, ist es bereits bekannt, die hydraulischen bzw. mechanischen Komponenten des Kraftstoffeinspritzsystems bzw. des Kraftstoffinjektors mit möglichst hoher
0 Qualität bzw. Genauigkeit herzustellen, was jedoch relativ kostenintensiv ist.
Darüber hinaus ist es möglich, durch eine robuste, d.h. konservative Auslegung der Komponenten eine geringe Sensitivität auf die angesprochenen (Verschleiß-) Erscheinungen zu erzielen. Eine derartige konservative Auslegung kann auch zum Beispiel beim Auftreten von Belägen o.ä., die zu einer Verringerung der5 Einspritzmenge führt, von Vorteil sein.
Zuletzt ist es bekannt, durch Messung von motorspezifischen Größen und einer daran angeschlossenen festgelegten Verhaltensweise eine Driftkorrektur durch das Steuergerät stattfinden zu lassen. So gibt es bereits eine Mengenregelung, o die in Abhängigkeit der von Zylinderdrucksensoren erfassten Drücke in den
Brennräumen arbeitet.
Zur Erzielung eines möglichst hohen Wirkungsgrads des
Kraftstoffeinspritzsystems ist es zum einen wünschenswert, die oben 5 angesprochene Rückflussmenge in den Kraftstoffrücklauf möglichst gering zu halten, damit die Förderpumpe des Kraftstoffeinspritzsystems mit möglichst geringem Energieaufwand betrieben werden kann, und zum andern mögliche Verschleißerscheinungen an den einzelnen Komponenten erkennen zu können, um ggf. durch Austausch betroffener Komponenten den Wrkungsgrad wieder o erhöhen zu können. Aus der DE 10 2005 032 636 A1 der Anmelderin ist es daher bereits bekannt, mittels eines Ultraschall-Durchfluss-Sensors, der im
Rücklaufsystem des Kraftstoffeinspritzsystems angeordnet ist, die
Funktionsfähigkeit des Kraftstoffeinspritzsystems beurteilen zu können. Ein derartiges System ermöglicht zwar grundsätzliche Rückschlüsse auf den5 Wrkungsgrad des Kraftstoffeinspritzsystems, eine Eingrenzung, welche
Komponente ggf. durch Verschleiß oder ähnliches zu einem über die Zeit
betrachtet schlechteren Wirkungsgrad des Kraftstoffeinspritzsystems führt, ist mit dem bekannten System jedoch nicht möglich.
Offenbarung der Erfindung
Ausgehend von dem dargestellten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Kraftstoffinjektor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart weiterzubilden, dass insbesondere über die Lebensdauer des
Kraftstoff! njektors betrachtet Aussagen hinsichtlich dessen Betriebsverhaltens möglich sind. Insbesondere soll es ermöglicht werden, einen Mengendrift (Abweichung zwischen einer Soll-Einspritzmenge und einer Ist-Einspritzmenge) über der Betriebslebensdauer zu erfassen, der z.B. durch einen Verschleiß an einzelnen Bauteilen des Kraftstoffinjektors, oder aber z.B. durch
Verschmutzungseffekte sowohl zu einer Verminderung, als auch zu einer
Erhöhung der Ist-Einspritzmenge im Vergleich zur Soll-Einspritzmenge führen kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Kraftstoff! njektor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass in dem Strömungsweg zur wenigstens einen Einspritzöffnung eine Durchflussmesseinrichtung für den strömenden Kraftstoff angeordnet ist. Mit anderen Worten gesagt bedeutet dies, dass die tatsächliche Durchflussmenge des Kraftstoffs in Richtung zu der wenigstens einen Einspritzöffnung und somit die tatsächlich in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzte Ist-Einspritzmenge erfasst wird. Dieser
Wert kann dann beispielsweise als Eingangsgröße dem Steuergerät des
Kraftstoffeinspritzsystems zugeführt werden, welches aus einem Vergleich der Ist-Einspritzmenge zu der Soll-Einspritzmenge eine entsprechende
Mengenabweichung berechnen kann. Wesentlich ist, dass ein derartiger Kraftstoffinjektor grundsätzlich sowohl bei selbstzündenden Brennkraftmaschinen
(Dieselmotoren) als auch bei fremdgezündeten Brennkraftmaschinen
(Benzinmotoren) verwendet werden kann.
Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
Ganz besonders bevorzugt ist es, wenn die Durchflussmesseinnchtung im Bereich einer Zulaufdrossel im Strömungsweg angeordnet ist. Ein derartiger Einbauort hat den Vorteil, dass im Bereich der Zulaufdrossel der Einfluss der (Bauteil-) Toleranzen, im Vergleich zu anderen Bauteilen, am geringsten ist, und dass darüber hinaus die Strömungsgeschwindigkeit im Strömungsfall am höchsten ist, wodurch eine hohe Signalqualität erreichbar ist.
Ganz besonders bevorzugt ist es, wenn die Durchflussmesseinnchtung zumindest mittelbar dazu ausgebildet ist, den Massendurchfluss des strömenden Kraftstoffs zu bestimmen. Dadurch können Temperatur- und Druckeinflüsse, die zu unterschiedlichen Volumenströmen pro Zeiteinheit führen, egalisiert werden. Dadurch ist es im Gegensatz zu Durchflussmesseinrichtungen, die
Volumenströme erfassen, nicht erforderlich, eine Berücksichtigung von Drücken und Temperaturen, die ansonsten mittels geeigneter Sensoren erfolgen würde, durchzuführen.
In besonders bevorzugter Ausgestaltung der Durchflussmesseinnchtung ist diese als thermische Durchflussmesseinnchtung ausgebildet. Eine derartige thermische Durchflussmesseinnchtung lässt sich vorrichtungstechnisch mit relativ geringem Aufwand realisieren und arbeitet darüber hinaus mit
hinreichender Genauigkeit relativ zuverlässig.
In konkreter Ausgestaltung der Durchflussmesseinnchtung wird vorgeschlagen, dass diese wenigstens zwei, in Strömungsrichtung des Kraftstoffs betrachtet voneinander beabstandete thermische Messelemente und ein zwischen den
Messelementen angeordnetes Heizelement als Bestandteil einer Heizeinrichtung aufweist, das dazu ausgebildet ist, die Kraftstofftemperatur des strömenden Kraftstoffs zu erhöhen. Das Messprinzip arbeitet somit auf der Grundlage des von den beiden Messelementen erfassten Temperaturunterschieds des strömenden Kraftstoffs, wobei in Kenntnis der über die Heizeinrichtung in den
Kraftstoff zugeführten Energie auf den Massendurchfluss des strömenden Kraftstoffs geschlossen werden kann.
Zur Vereinfachung der Messung oder aber zur Erhöhung der Messgenauigkeit kann es darüber hinaus vorgesehen sein, dass die Zulaufdrossel als Bypass im
Strömungsweg ausgebildet ist. Das bedeutet, dass nicht der gesamte Kraftstoff,
der in Richtung zum Einspritzventilglied fließt, bei der Messung berücksichtigt bzw. hinsichtlich seiner Masse betrachtet wird, sondern nur eine Teilmenge, wobei sich die Teilmenge aus den bekannten Querschnitten im Bereich der Zulaufdrossel sowie der restlichen Strömungsquerschnitte auf den gesamten Strömungsquerschnitt hochrechnen lässt.
In konstruktiver Ausgestaltung des Heizelements ist dieses derart ausgebildet, dass es den Strömungsweg in einem Teilstück zumindest mittelbar umfangsseitig umschließt und vorzugsweise als Heizplatte mit einem Durchgang zur
Ausbildung oder zum Umschließen des Strömungswegs ausgebildet ist. Ein derartiges Heizelement hat insbesondere den Vorteil, dass sie den
Strömungsquerschnitt des Kraftstoffs nicht beeinflusst.
Die Erfindung umfasst auch ein Kraftstoffeinspritzsystem, das wenigstens einen erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektor aufweist, wobei eine Steuereinrichtung zur
Ansteuerung des wenigstens einen Kraftstoffinjektors vorgesehen ist, derart, dass der Kraftstoffinjektor über sein Einspritzventilglied eine Soll-Einspritzmenge in den Brennraum der Brennkraftmaschine abgibt. Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass die Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, die Ansteuerung des Kraftstoffinjektors unter Berücksichtigung der von der
Durchflussmesseinrichtung erfassten Ist-Einspritzmenge anzupassen. Mit anderen Worten gesagt bedeutet dies, dass auf Grundlage der Differenz zwischen der erfassten Ist-Einspritzmenge und der von dem Steuergerät vorgegebenen Soll-Einspritzmenge für den Fall, dass beispielsweise aufgrund eines erhöhten Verschleißes die Ist-Einspritzmenge größer ist als die Soll-
Einspritzmenge die Steuereinrichtung den betreffenden Kraftstoff! njektor derart ansteuert, dass dieser beispielsweise eine kürzere Einspritzzeit aufweist, um die Ist-Einspritzmenge an die Soll-Einspritzmenge anzupassen. Im Fall, dass die Ist- Einspritzmenge geringer ist als die Soll-Einspritzmenge, was beispielsweise vorkommt, wenn aufgrund von Verkokungen oder Belägen der
Strömungsquerschnitt in Richtung des Einspritzventilglieds reduziert wird, findet eine Anpassung derart statt, dass beispielsweise die Einspritzzeit verlängert wird.
Ganz besonders bevorzugt ist es, wenn bei mehreren Kraftstoffinjektoren alle Kraftstoffinjektoren eine Durchflussmesseinrichtung aufweisen. Ein derartiges
Kraftstoffeinspritzsystem hat den Vorteil, dass es insgesamt einen hinsichtlich
der in die Brennräume eingespritzten Kraftstoffmenge optimierten Wirkungsgrad aufweist.
Alternativ kann es jedoch auch vorgesehen sein, dass bei mehreren
Kraftstoffinjektoren lediglich ein Teil der Kraftstoffinjektoren eine
Durchflussmesseinrichtung aufweist, und dass die Steuereinrichtung die Soll- Einspritzmenge derjenigen Kraftstoffinjektoren, die keine
Durchflussmesseinrichtung aufweisen, unter Berücksichtigung derjenigen Kraftstoff! njektoren anpasst, die eine Durchflussmesseinrichtung aufweisen. Ein derartiges Kraftstoffeinspritzsystem hat den Vorteil, dass, gleiches Verhalten bzw. gleiche Effekte an den einzelnen Kraftstoff! njektoren vorausgesetzt, trotz relativ geringem vorrichtungstechnischen Aufwand ebenfalls insgesamt ein relativ hoher Wrkungsgrad erzielt werden kann.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung des Kraftstoffeinspritzsystems sieht vor, dass die Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, über eine Schnittstelle mit einem Diagnosesystem zu kommunizieren und dabei die abgespeicherten Daten hinsichtlich der wenigstens einen Durchflussmesseinrichtung dem
Diagnosesystem zuführbar sind. Ein derartiges Kraftstoffeinspritzsystem hat den Vorteil, dass beispielsweise im Rahmen von Werkstattbesuchen aufgrund der übermittelten Taten von einer Abweichung betroffene Kraftstoffinjektoren sehr einfach identifiziert werden können.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung.
Diese zeigt in:
Fig. 1 einen Teilbereich eines Kraftstoffeinspritzsystems unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Kraftstoff! njektors in einer vereinfachten Darstellung, einen Schnitt im Bereich einer Kraftstoffzuführung zu einem Einspritzventilglied des Kraftstoffinjektors gemäß Fig. 1 zur
Erläuterung der Funktionsweise des Messprinzips einer
Durchflussmesseinrichtung und
Fig. 3 einen Schnitt im Bereich einer Zulaufdrossel des Kraftstoffinjektors gemäß Fig. 1 mit einer Durchflussmesseinrichtung.
Gleiche Elemente bzw. Elemente mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugsziffern versehen. In der Fig. 1 ist ein Teilbereich eines Kraftstoffeinspritzsystems 100 dargestellt, das zum Einspritzen von Kraftstoff in wenigstens einen Brennraum einer nicht gezeigten Brennkraftmaschine dient. Bei der Brennkraftmaschine kann es sich um eine selbstzündende Brennkraftmaschine (Dieselmotor), oder aber um eine fremdgezündete Brennkraftmaschine (Benzinmotor) handeln. Darüber hinaus weist eine derartige Brennkraftmaschine wenigstens einen Brennraum, in der
Praxis jedoch mehrere Brennräume auf, denen jeweils ein erfindungsgemäßer Kraftstoff! njektor 10 zugeordnet ist. Der Einfachheit halber ist in der Fig. 1 jedoch nur ein einziger Kraftstoffinjektor 10 dargestellt. Ein derartiger, aus dem Stand der Technik an sich bekannter Kraftstoff! njektor 10 weist in einem Gehäuse 1 1 ein im Einzelnen nicht gezeigtes Einspritzventilglied 17, üblicherweise in Form einer Düsennadel, auf, das zum Einspritzen des unter (hohem) Druck stehenden Kraftstoff in den Brennraum von einem nicht gezeigten Dichtsitz abhebt und dabei den Kraftstoff über wenigstens eine Einspritzöffnung 19 beispielsweise in Form der in der Fig. 1 dargestellten Kraftstoffstrahlen 12 in den Brennraum einspritzt.
Das Kraftstoffeinspritzsystem 100 weist, in ebenfalls an sich bekannter Art und Weise ein Kraftstoffversorgungssystem, umfassend beispielsweise eine
Hochdruckpumpe und einen Kraftstoffspeicher in Form eines Rails auf, das über eine Kraftstoffversorgungsleitung 13 mit dem Kraftstoff! njektor 10 verbunden ist. Die Kraftstoffversorgungsleitung 13 mündet in einem Kraftstoffzulauf 14 im Bereich des Gehäuses 11. Seitlich neben dem Kraftstoffzulauf 14 weist das Gehäuse 11 darüber hinaus einen Kraftstoffrücklauf 15 auf, der mit einer Rücklaufleitung 16 gekoppelt ist, über die die Differenzmenge aus dem über die
Kraftstoffversorgungsleitung 13 dem Kraftstoffinjektor 10 zugeförderte und über
den Kraftstoffinjektor 10 in den Brennraum abgegebene Menge an Kraftstoff in das Kraftstoffrücklaufsystem rückgespeist wird.
Die Betätigung des Einspritzventilglieds 17 erfolgt beispielsweise
elektromagnetisch mittels einer Magnetspule, die in Wirkverbindung mit dem
Einspritzventilglied 17 angeordnet ist. Selbstverständlich können auch
andersartige Betätigungen des Einspritzventilglieds 17, beispielsweise piezogesteuerte Einspritzventilglieder 17 oder ähnliches, verwendet werden. Zur Ansteuerung des Einspritzventilglieds 17 bzw. des Kraftstoffinjektors 10 ist dieser über eine elektrische Anschlussleitung 18 mit einer als Steuergerät 20
ausgebildeten Steuereinrichtung des Kraftstoffeinspritzsystems 100 verbunden. Über die Anschlussleitung 18 findet die elektrische Ansteuerung und somit die Aktivierung des Einspritzventilglieds 17 des Kraftstoffinjektors 10 statt, so dass das Einspritzventilglied 17 zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum von einem Dichtsitz abhebt und die Einspritzöffnung(en) 19 freigibt. Das Steuergerät
20 berechnet anhand beispielhaft über eine Eingangsleitung 21 dem Steuergerät 20 zugeführter Daten, insbesondere Daten von Motorsensoren und eines Lastwunsches des Fahrers eine gewünschte Einspritzmenge bzw. Einspritzzeit zur Erzielung einer Soll-Einspritzmenge an Kraftstoff. Darüber hinaus kann es vorgesehen sein, dass das Steuergerät 20 über eine Diagnoseleitung 22 und einer im einzelnen nicht dargestellten Schnittstelle 23 mit einem externen Diagnosegerät 25 verbunden werden kann, um Daten aus dem Steuergerät 20 auslesen zu können. Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass wenigstens einer der
Kraftstoff! njektoren 10 des Kraftstoffeinspritzsystems 100 eine
Durchflussmesseinrichtung 30 für diejenige Menge des Kraftstoffs aufweist, die über den Kraftstoffzulauf 14 und das Einspritzventilglied 17 in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt wird. Die Durchflussmesseinrichtung 30 ist über eine Verbindungsleitung 31 mit dem Steuergerät 20 derart verbunden, dass das
Steuergerät 20 anhand der von der Durchflussmesseinrichtung 30 erfassten Werte die Ist-Einspritzmenge an Kraftstoff berechnen bzw. erfassen kann, die von dem Kraftstoff! njektor 10 in den Brennraum abgegeben wird. Hierzu ist es vorgesehen, dass die Durchflussmesseinrichtung 30 als
Massendurchflussmesser ausgebildet ist, der im Bereich des Strömungswegs des Kraftstoffs zwischen dem Kraftstoffzulauf 14 im Gehäuse 11 und dem
Einspritzventilglied 17 angeordnet ist. Insbesondere ist es dabei vorgesehen, dass die Durchflussmesseinnchtung 30 im Bereich einer in der Fig. 3 beispielhaft dargestellten Zulaufdrossel 33 angeordnet ist. Es kann sich dabei um eine Zulaufdrossel 33 handeln, über die der gesamte Kraftstoff, der mittels des Einspritzventilglieds 17 in den Brennraum eingespritzt wird, strömt, oder aber um eine Zulaufdrossel 33, die als Bypass zu dem Strömungsweg zwischen dem Kraftstoffzulauf 14 und dem Einspritzventilglied 17 angeordnet ist, derart, dass aufgrund der bekannten Geometrie bzw. der Strömungsquerschnitte der
Zulaufdrossel 33 und des Strömungswegs auf die Ist-Einspritzmenge des Kraftstoffs geschlossen werden kann.
Die Durchflussmesseinnchtung 30 ist dazu ausgebildet, zumindest mittelbar die Masse des durch die Zulaufdrossel 33 strömenden Kraftstoffs zu erfassen.
Hierzu ist die Durchflussmesseinnchtung 30 als thermische
Durchflussmesseinnchtung 30 mit zwei in Strömungsrichtung voneinander beabstandeten thermischen Messeelementen 35, 36 ausgebildet. In
Strömungsrichtung zwischen den beiden Messelementen 35, 36 ist im Gehäuse 1 1 des Kraftstoff! njektors 10 eine mit einer Spannungsquelle 37 verbundene Zwischenplatte 38 angeordnet, die Teil einer Heizeinrichtung 40 für den Kraftstoff ist. Die Heizeinrichtung 40 bzw. die Zwischenplatte 38 weist eine
Durchgangsöffnung 41 auf, die eine randseitige Begrenzung des Strömungswegs des Kraftstoffs ausbildet, so dass die Zwischenplatte 38 im Bereich der
Durchgangsöffnung 41 unmittelbar mit dem strömenden Kraftstoff in Kontakt steht. Selbstverständlich kann es auch vorgesehen sein, dass die
Durchgangsöffnung 41 der Zwischenplatte 38 derart ausgebildet ist, dass sie einen Strömungskanal bzw. den Strömungsweg des Kraftstoffs mit Abstand umgibt. Wesentlich ist lediglich, dass es durch die Heizeinrichtung 40 ermöglicht wird, eine Wärmemenge auf den Kraftstoff zu übertragen, derart, dass dieser erwärmt wird.
In der Fig. 2 ist das Messprinzip der Durchflussmesseinnchtung 30 anhand eines lediglich an einer Stelle im Bereich eines Strömungswegs 42 angeordneten Heizelements 43 dargestellt. Der Kraftstoff durchströmt den Strömungsweg 42 in Richtung der Pfeile 44, d.h. in der Zeichnungsebene von links nach rechts. Man erkennt, dass durch die über das Heizelement 43 auf den Kraftstoff übertragene
Wärme Strömungsfelder 45a bis 45d ausgebildet werden, die unterschiedliche
(erhöhte) Temperaturen des Kraftstoffs darstellen sollen, wobei im Bereich des Strömungsfelds 45a der Kraftstoff die höchste Temperatur aufweist und im Bereich des Strömungsgelds 45d die geringste. Man erkennt, dass die
Temperatur des Kraftstoffs in dessen Strömungsrichtung abnimmt, so dass von dem Messelement 36 die Temperatur erfasst wird, die im Strömungsfeld 45d herrscht. Diese Temperatur ist jedoch höher als eine Temperatur, die im Bereich des Messelements 35 erfasst wird, da in diesem Bereich stromaufwärts das Heizelement 43 den Kraftstoff nicht erwärmen kann.
Die von den beiden Messelementen 35, 36 erfassten Temperaturen werden als Eingangswerte über die Verbindungsleitung 31 dem Steuergerät 20 zugeführt, derart, dass das Steuergerät 20 mittels eines in dem Steuergerät 20 abgelegten Algorithmus die tatsächliche Ist-Einspritzmenge berechnen kann. Aus einem Vergleich zwischen der Ist-Einspritzmenge und der Soll-Einspritzmenge kann eine Anpassung der Soll-Einspritzmenge derart vorgenommen werden, dass die Ist-Einspritzmenge der Soll-Einspritzmenge entspricht. Darüber hinaus ist das Steuergerät 20 dazu ausgebildet, den zeitlichen Verlauf bzw. die Daten der Durchflussmesseinrichtung 30 abzuspeichern, um diese über die
Diagnoseleitung 22 für das Diagnosegerät 25 auslesbar zur Verfügung zu stellen.
Das soweit beschriebene Kraftstoffeinspritzsystem 100 bzw. der Kraftstoff! njektor 10 können in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen. Erfindungswesentlich ist lediglich, dass mittels einer geeigneten Einrichtung die tatsächliche Durchflussmenge des Kraftstoffes in einem Kraftstoffinjektor 10 erfasst wird, die über ein
Einspritzventilglied in den Brennraum einer Brennkraftmaschine abgegeben wird.
Claims
1. Kraftstoff! njektor (10) mit einem Kraftstoffzulauf (14), einem
Einspritzventilglied (17) zum Abgeben von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine, wobei das Einspritzventilglied (17) wenigstens eine Einspritzöffnung (19) öffnet oder schließt, und vorzugsweise mit einem Kraftstoffrücklauf (15), dadurch gekennzeichnet, dass in dem Strömungsweg zur wenigstens einen Einspritzöffnung (19) eine Durchflussmesseinrichtung (30) für den strömenden Kraftstoff angeordnet ist.
2. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Durchflussmesseinrichtung (30) im Bereich einer Zulaufdrossel (33) im Strömungsweg angeordnet ist.
3. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Durchflussmesseinrichtung (30) zumindest mittelbar dazu ausgebildet ist, eine Masse pro Zeiteinheit des in dem Strömungsweg strömenden Kraftstoffs zu bestimmen.
4. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Durchflussmesseinrichtung (30) als thermische
Durchflussmesseinrichtung (30) ausgebildet ist.
5. Kraftstoffinjektor nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Durchflussmesseinrichtung (30) wenigstens zwei, in
Strömungsrichtung des Kraftstoffs voneinander beabstandete thermische
Messelemente (35, 36) und ein zwischen den Messelementen (35, 36) angeordnetes Heizelement (38; 43) aufweist, das dazu ausgebildet ist, die Kraftstofftemperatur des strömenden Kraftstoffs zu erhöhen.
Kraftstoff! njektor nach einem der Ansprüche 2 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Zulaufdrossel (33) als Bypass im Strömungsweg ausgebildet ist.
Kraftstoffinjektor nach Anspruch 5 oder 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Heizelement (38) den Strömungsweg an einem Teilstück umfangsseitig umschließt und vorzugsweise als Heizplatte mit einem Durchgang (41) zur Ausbildung oder zum Umschließen des Strömungswegs ausgebildet ist.
Kraftstoffeinspritzsystem (100), umfassend wenigstens einen
Kraftstoffinjektor (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 und eine
Steuereinrichtung (20) zur Ansteuerung des wenigstens einen
Kraftstoffinjektors (10) derart, dass dieser über sein Einspritzventilglied (17) eine Soll-Einspritzmenge in den Brennraum der Brennkraftmaschine abgibt, dadurch gekennzeichnet,
dass die Steuereinrichtung (20) dazu ausgebildet ist, die Ansteuerung des wenigstens einen Kraftstoffinjektors (10) unter Berücksichtigung des von der Durchflussmesseinnchtung (30) erfassten Ist-Einspritzmenge anzupassen.
Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass bei mehreren Kraftstoffinjektoren (10) alle Kraftstoffinjektoren (10) eine Durchflussmesseinnchtung (30) aufweisen.
0. Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass bei mehreren Kraftstoffinjektoren (10) lediglich ein Teil der
Kraftstoffinjektoren (10) eine Durchflussmesseinnchtung (30) aufweist, und dass die Steuereinrichtung (20) die Soll-Einspritzmenge derjenigen
Kraftstoffinjektoren (10), die keine Durchflussmesseinnchtung (30) aufweisen
unter Berücksichtigung derjenigen Kraftstoffinjektoren (10) anpasst, die eine Durchflussmesseinnchtung (30) aufweisen. 1. Kraftstoffeinspritzsystem nach einem der Ansprüche 8 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Steuereinrichtung (20) dazu ausgebildet ist, über eine Schnittstelle (23) mit einem Diagnosesystem (25) zu kommunizieren und dabei die abgespeicherten Daten hinsichtlich der wenigstens einen
Durchflussmesseinnchtung (30) dem Diagnosesystem (25) zuführbar sind.
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