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Dokumentenidentifikation DE60106728T2 01.12.2005
EP-Veröffentlichungsnummer 0001250528
Titel Einspritzventil
Anmelder Lawes, Keith Trevor, Poole, Dorset, GB
Erfinder Lawes, Keith Trevor, Poole, Dorset BH15 1JN, GB
Vertreter Andrae Flach Haug, 81541 München
DE-Aktenzeichen 60106728
Vertragsstaaten AT, BE, CH, CY, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, LI, LU, MC, NL, PT, SE, TR
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 26.01.2001
EP-Aktenzeichen 019040609
WO-Anmeldetag 26.01.2001
PCT-Aktenzeichen PCT/GB01/00302
WO-Veröffentlichungsnummer 0001055584
WO-Veröffentlichungsdatum 02.08.2001
EP-Offenlegungsdatum 23.10.2002
EP date of grant 27.10.2004
Veröffentlichungstag im Patentblatt 01.12.2005
IPC-Hauptklasse F02M 57/02

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Einspritzventil gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 und ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 33 und betrifft insbesondere ein Einspritzventil mit einem elektronisch geregelten Einspritzsystem für Ottomotoren.

Zur Zeit werden Einspritzventile verwendet, um einen Kraftstoffnebel in den Einlaß eines Krümmers oder einen Zylinder eines Motors einzuspritzen. Diese Arten von Einspritzventilen müssen zwei Grundfunktionen erfüllen können. Zunächst müssen sie fähig sein, eine abgemessene Kraftstoffmenge für jeden Ansaugtakt des Motors zu liefern, so daß ein geeignetes Luftkraftstoffverhältnis beibehalten werden kann. Zweitens müssen sie den Kraftstoff zerstäuben, indem sie ihn durch eine kleine Öffnung mit hohem Druck drängen, um den Wirkungsgrad des Verbrennungsvorgangs zu verbessern.

Herkömmliche Kraftstoffeinspritzsysteme verwenden Kraftstoffeinspritzventile, die von einem einfachen Magnet geregelte Ventile umfassen. Diese Ventile sind nicht proportional, sondern sie sind entweder vollständig offen oder vollständig geschlossen. Die Einspritzventile sind an eine externe Hochdruckkraftstoffquelle angeschlossen, die aus einer Kraftstoffpumpe, Hochdruckkraftstoffleitungen und einem Druckregler besteht. Der Kraftstoffdruck liegt typischerweise zwischen 2 und 4 bar. Der Kraftstoff wird bemessen, indem die Zeit variiert wird, für die die Einspritzventile offen sind. Der Kraftstoff wird zerstäubt, indem er durch eine genau dimensionierte kleine Öffnung in den Einspritzventilen gedrängt wird.

Das externe Hochdruckkraftstoffsystem ist teuer und sperrig. Es bietet auch ein mögliches Sicherheitsrisiko, weil irgendein Bruch in den Kraftstoffleitungen zu einem sich schnell ausdehnenden Kraftstoffnebel führen wird, der extrem leicht entzündlich ist. Die vorliegende Erfindung erfordert kein Hochdruckfüllsystem und vermindert somit sowohl die Kosten als auch das Risiko des Systems.

Ein herkömmliches Kraftstoffeinspritzsystem bemißt den Kraftstoff, indem die Zeit variiert wird, für die das Einspritzventil offen ist. Das ist ein empirisches und kein fundamentales Verfahren des Abmessens des Kraftstoffs. Die Menge an Kraftstoff, die für eine bestimmte Öffnungszeit des Einspritzventils geliefert wird, wird von dem Druckunterschied über der Einspritzventilöffnung und den exakten Dimensionen der Öffnung des Einspritzventils abhängen. Beide dieser Parameter sind einer Variation unterworfen. Der Druckunterschied wird aufgrund sowohl des Kraftstoffdrucks, der auf der Innenseite des Einspritzventils variiert, als auch des Drucks in dem Einlaß oder dem Zylinder variieren, der in der Außenseite des Einspritzventils variiert. Der Kraftstoffdruck wird auf kurze Sicht mit der Systemspannung und den Systemimpulsen von der Kraftstoffpumpe variieren, und in langer Sicht, wenn der Regler altert und durch irgendwelche Kraftstofffilter in dem System verstopfen. Der Druck in dem Einlaßkrümmer oder Zylinder wird mit der Last und Motordrehzahl variieren, und wird sich auch ändern, wenn Motorkomponenten abnutzen. Die effektiven Abmessungen der Zerstäubungsöffnung können aufgrund des Verstopfens oder der Abnutzung variieren. Alle diese Effekte werden zu einem Fehler in der Menge an geliefertem Kraftstoff für eine bestimmte Einspritzventilöffnungszeit führen. Die vorliegende Erfindung bemißt die Menge an gelieferten Kraftstoff von ersten Prinzipien unter Verwendung einer einfachen Volumenberechnung und ist somit diesen Fehlerquellen nicht unterworfen.

Die GB 2 052 794 A offenbart ein Einspritzventil mit einem ersten Magneten, der an eine Ventilanordnung angeschlossen ist, wobei der erste Magnet die Ventilanordnung öffnet, um Kraftstoff aus der Ventilanordnung auszugeben, wenn ein elektrischer Strom an den ersten Magneten angelegt wird. Ein zweiter Magnet wird verwendet, um den Abstand zu messen, den sich der erste Magnet bewegt und den Strom variiert, der durch den zweiten Magneten fließt, um die Menge an ausgegebenen Kraftstoff zu variieren.

Gemäß einem ersten Gesichtspunkt der Erfindung wird ein Einspritzventil angegeben, das ein elektrisches Stellglied mit einer Magnetspule und einem bewegbaren Plunger, eine Pumpenanordnung mit Kolbenmitteln, die durch das elektrische Stellglied bewegbar sind, und Überwachungsmittel zum Kontrollieren der ausgegebenen Kraftstoffmenge umfaßt, wobei die Anordnung derart ist, daß beim Gebrauch Kraftstoff aus dem Einspritzventil durch die Bewegung des Plungers und der Kolbenmittel ausgegeben wird, und dadurch gekennzeichnet ist, daß die Überwachungsmittel die Änderung in den elektrischen Eigenschaften der Magnetspule analysieren, die durch die Änderung in der Stellung des Plungers in der Magnetspule bewirkt werden, um die Stellung des Plungers festzustellen.

Vorzugsweise wird die Analyse der Stellung des Plungers von den Überwachungsmitteln verwendet, um die ausgegebene Kraftstoffmenge zu regeln.

Beim Gebrauch wird die Bewegung des Plungers des elektrischen Stellglieds und der Kolbenmittel über eine vorbestimmte Distanz vorzugsweise eine vorbestimmte Kraftstoffmenge ausgeben.

Das Stellglied umfaßt vorzugsweise eine feste Magnetspule und eine Rückstellfeder für den bewegbaren Plunger.

Vorzugsweise umfassen die Überwachungsmittel eine Stellungsmeßschaltung, wobei die Anordnung derart ist, daß beim Gebrauch die Magnetspule eine Antriebskraft für den Plunger und für die Kolbenmittel bereitstellt, und die Magnetspule eine Rückkopplungsstellungsinformation von der Stellung des Plungers für die Stellungsmeßschaltung der Überwachungsmittel bereitstellt.

Vorzugsweise umfaßt die Magnetspule eine einzelne Windung mit zwei externen elektrischen Anschlüssen.

Das Einspritzventil umfaßt vorzugsweise Kraftstoffzerstäubungsmittel, wobei die Anordnung derart ist, daß beim Gebrauch durch die Bewegung des Stellglieds Kraftstoff durch die Zerstäubungsmittel gedrängt wird, wobei das Stellglied eine ausreichende Kraft erzeugt, um den Kraftstoff bis zu einem Wert unter Druck zu setzen, der eine zufriedenstellende Zerstäubung erreichen wird.

Vorzugsweise sind die Zerstäubungsmittel eine Zerstäubungsöffnung.

Vorzugsweise umfaßt das Stellglied einen Endanschlag, wobei die Anordnung derart ist, daß ohne Stromfluß durch die Magnetspule die Rückstellfeder den Plunger in eine Richtung des Endanschlags bewegt; dieser Endanschlag wird als der Strom-Aus-Endanschlag bezeichnet.

Vorzugsweise bewegt sich, wenn Strom durch die Magnetspule geleitet wird, der Plunger in eine Richtung weg von dem Strom-Aus-Endanschlag, und die Kolbenmittel geben Kraftstoff aus dem Einspritzventil aus.

Beim Gebrauch während des normalen Betriebs stellen die Überwachungsmittel vorzugsweise für kurze Zeitdauern elektrische Energie für die Magnetspule bereit und erregen die Magnetspule, derart, daß die Distanz, die sich der Plunger von dem Strom-Aus-Ende weg bewegt, durch die Dauer und den Wert des elektrischen Stromimpulses geregelt wird, der an die Magnetspule angelegt wird.

Vorzugsweise regeln und variieren die Überwachungsmittel die ausgegebene Kraftstoffmenge, indem die Dauer des elektrischen Stromimpulses variiert wird, der an die Magnetspule angelegt wird, wobei die Anordnung derart ist, daß beim Gebrauch, je größer die Dauer des Stromimpulses ist, der an die Magnetspule angelegt wird, desto größer die Distanz ist, über die sich der Plunger und die Kolbenmittel bewegen, und desto größer die ausgegebene Kraftstoffmenge ist.

Die Überwachungsmittel regeln und variieren vorzugsweise die ausgegebene Kraftstoffmenge, indem der Wert von dem Strom variiert wird, der durch die Magnetspule während eines Stromimpulses geleitet wird, wobei die Anordnung derart ist, daß beim Gebrauch, je höher der Stromwert ist, der während des Stromimpulses angelegt wird, desto größer die Distanz ist, über die sich der Plunger und die Kolbenmittel bewegen, und desto größer die ausgegebene Kraftstoffmenge ist.

Vorzugsweise regeln die Überwachungsmittel die ausgegebene Kraftstoffmenge, indem sowohl die Dauer des Stromimpulses als auch der Wert des Stroms in diesem Impuls variiert werden.

Vorzugsweise legen beim Gebrauch die Überwachungsmittel einen Stromimpuls einer vorbestimmten Dauer und eines vorbestimmten Werts an die Magnetspule an, und, sobald der Stromimpuls aufgehört hat, überwachen die Überwachungsmittel die Stellung des Plungers, wenn er fortfährt, sich in der gleichen Richtung aufgrund seines Eigenmomentes zu bewegen, und, wenn sich der Plunger aufgrund der auf ihn von der Rückstellfeder und dem Kraftstoffdruck an dem Ende der Kolbenmittel ausgeübten Kräfte bis zu einem Stillstand verlangsamt, stellen die Überwachungsmittel den maximalen Ausschlag fest, der von dem Plunger erreicht wird.

Vorzugsweise verwenden die Überwachungsmittel die Messung des maximalen Ausschlags, der von dem Plunger erreicht wird, um eine empirische Beziehung zwischen der Dauer und dem Wert des Stromimpulses und der Distanz, über die sich der Plunger bewegt, aufzustellen.

Vorzugsweise verwenden die Überwachungsmittel die empirisch abgeleitete Beziehung zwischen der Dauer und dem Wert des Stromimpulses und der Distanz, über die sich der Plunger bewegt, um die Dauer und den Wert des Stromimpulses vorherzusagen, der an der Magnetspule angelegt werden muß, damit sich der Plunger über die Distanz bewegt, die eine erforderliche Kraftstoffmenge aus dem Einspritzventil ausgeben wird.

Vorzugsweise stellen beim Gebrauch für jeden bestimmten Kraftstoff ausgebenden Hub der Kolbenmittel die Überwachungsmittel die tatsächliche Distanz fest, über die sich der Plunger bewegt, und vergleichen dann diese Distanz mit einer vorbestimmten Distanz, über die sich der Plunger bewegen sollte, um eine vorbestimmte richtige Kraftstoffmenge zu liefern; der Unterschied zwischen der vorbestimmten und der tatsächlichen Distanz liefert einen Fehlerausdruck, der in den Rückkopplungsalgorithmus eingespeist wird, der die empirische Beziehung zwischen der Dauer und dem Wert des Stromimpulses und der Distanz modifiziert, über die sich der Plunger bewegt. Dieser Rückkopplungsmechanismus ermöglicht Drifts bei den Leistungscharakteristiken des Einspritzventils, wie sie durch Temperatur, Abnutzung, Änderungen in den Rückstellfedercharakteristiken oder Änderungen in der Kraftstoffviskosität verursacht werden können.

Vorzugsweise wird, wenn kein Strom in der Magnetspule fließt und die Rückstellfeder den Plunger an den Strom-Aus-Endanschlag zurückgestellt hat, der Ausgang von dem Rückkopplungsstellungssystem erkannt und als ein Offset-Referenzwert verwendet werden.

Vorzugsweise wird während eines Kraftstoffausgabevorgangs der Offset-Referenzwert, der erhalten wird, wenn der Plunger an dem Strom-Aus-Endanschlag anliegt, von allen nachfolgenden Ausgangsauslesungen des Rückkopplungsstellungssystem abgezogen wird, um es zu ermöglichen, die Distanz, über die sich der Plunger von dem Strom-Aus-Endanschlag bewegt, zu berechnen. Das bedeutet, daß der Absolutwert des Rückkopplungsstellungssystemausgangs nicht wichtig ist, sondern es eher die Änderung in dem Rückkopplungsstellungssystemausgang ist, die die Menge des ausgegebenen Kraftstoffs angibt; dieser Mechanismus ermöglicht einen mittleren oder langfristigen Drift bei dem Rückkopplungsstellungssystemausgang, wie er durch Temperatur, Abnutzung oder Altern verursacht werden könnte.

Das Einspritzventil umfaßt vorzugsweise einen zweiten Endanschlag an dem anderen Ende des Wegs des Plungers, wobei die Anordnung derart ist, daß der Plunger an dem zweiten Endanschlag anliegt, wenn ein Strom durch die Magnetspule für längere Zeitdauern geleitet wird. Das wird als der Strom-An-Endanschlag bezeichnet; die mechanische Anordnung ist mit engen Toleranzen, so daß die Distanz, über die sich der Plunger zwischen dem Strom-Aus-Endanschlag und dem Strom-An-Endanschlag bewegen kann, genau bekannt ist; das ermöglicht einen Rückkopplungsstellungsystem-Kalibriervorgang, der ausgeführt wird, indem der Rückkopplungsstellungssystemausgang ohne durch die Magnetspule fließenden Strom und mit dem an dem Strom-Aus-Endanschlag anliegenden Plunger ausgelesen wird, und der Rückkopplungsstellungssystemausgang mit durch die Magnetspule für lange Zeitdauern fließenden Strom und dem an seinem Strom-An-Endanschlag anliegenden Plunger ausgelesen wird; das System wird dann zwei Rückkopplungsstellungssystemausgang-Auslesungen haben, die durch eine bekannte Distanz getrennt sind, was es ermöglichen wird, den Skalierfaktor des Rückkopplungsstellungssystems zu berechnen.

Vorzugsweise ist das Einspritzventil für einige Anwendungen während des Normalbetriebs eines Motors fähig, jede erforderliche Kraftstoffmenge für den Motor mit einem Hub des Plungers und der Kolbenmittel zu liefern, der geringer als die maximale Hubgrenze des Einspritzventils ist, wie es von dem Strom-An-Endanschlag vorgegeben ist. Die Menge an Kraftstoff kann variiert werden, wie es erfordrlich ist, indem der Wert und/oder die Dauer des Stromimpulses variiert wird, der an die Magnetspule angelegt wird, ohne durch den Strom-An-Endanschlag begrenzt zu sein; als eine Folge wird der Rückkopplungsstellungssystem-Kalibriervorgang während des Normalbetriebs des Motors nicht ausgeführt werden, sondern er wird ausgeführt werden, wenn das System in Betrieb gesetzt wird, und während Routineservicevorgängen.

Vorzugsweise wird für einige Anwendungen die Kraftstoffdosis unter einigen Umständen, wo eine höhere als eine normale Kraftstoffmenge erforderlich ist, wie z.B. beim Kaltstart, in einem oder mehreren Huben geliefert, wobei zumindest einer dieser Hube über die volle Hubdistanz des Plungers verläuft, wie sie durch den Strom-An-Endanschlag vorgegeben ist, wobei das den Kalibriervorgang des Rückkopplungsstellungssystems ermöglicht, der öfter auszuführen ist.

Vorzugsweise liefert für einige Anwendungen das Einspritzventil den Kraftstoff in zwei Huben des Plungers und der Kolbenmittel, wobei zumindest einer diese Hube über die volle Hubdistanz des Plungers verläuft, wie sie durch den Strom-An-Endanschlag vorgegeben ist, wobei das den Kalibriervorgang des Rückkopplungsstellungsystems ermöglicht, der öfter auszuführen ist.

Vorzugsweise umfaßt für einige Anwendungen die Pumpenanordnung zwei Pumpen, eine primäre Hochdruckpumpe und eine sekundäre Niedrigdruckpumpe, wobei die Anordnung derart ist, daß beim Gebrauch die primäre Hochdruckpumpe die abgemessene Kraftstoffmenge in den Motor überträgt, und die sekundäre Niedrigdruckpumpe während eines Einlaßhubs der primären Hochdruckpumpe einen Überdruck erzeugt, was die Tendenz für die Bildung von Blasen in der primären Hochdruckpumpe vermindert.

Die primäre Hochdruckpumpe umfaßt vorzugsweise einen primären Kolben, der in einer primären Zylinderkammer hin- und herbewegbar ist, die ein primäres Einlaßventil und ein primäres Auslaßventil umfaßt.

Die zweite Niedrigdruckpumpe umfaßt vorzugsweise einen sekundären Kolben, der in einer sekundären Zylinderkammer hin- und herbewegbar ist, die ein sekundäres Einlaßventil und ein sekundäres Auslaßventil umfaßt.

Der primäre Kolben und der sekundäre Kolben liegen vorzugsweise im wesentlichen koaxial zueinander.

Vorzugsweise ist der Durchmesser des primären Kolbens geringer als der Durchmesser des sekundären Kolbens.

Vorzugsweise passiert bei einigen Anwendungen der Einlaßhub der primären Hochdruckpumpe während des Auslaßhubs der sekundären Niedrigdruckpumpe, wobei während des Auslaßhubs der sekundären Niedrigdruckpumpe der Druck des Kraftstoffs in der sekundären Zylinderkammer der sekundären Niedrigdruckpumpe auf einen Wert angehoben wird, der durch den Öffnungsdruck des sekundären Auslaßventils der sekundären Niedrigdruckpumpe vorgegeben ist, wobei das primäre Einlaßventil der primären Hochdruckpumpe in Fluidverbindung mit der Zylinderkammer der sekundären Niedrigdruckpumpe und des darin unter Druck gesetzten Kraftstoffs steht.

Bei einer Ausführung der vorliegenden Erfindung ist für eine vorbestimmte Bewegung des Plungers das Volumen an Kraftstoff, das durch die sekundäre Niedrigdruckpumpe verdrängt wird, erheblich größer als das Volumen an Kraftstoff, das durch die primäre Hochdruckpumpe verdrängt wird, wobei als eine Folge während des Einlaßhubs der primären Hochdruckpumpe und des Auslaßhubs der sekundären Niedrigdruckpumpe nur ein Teil des Kraftstoffs, der von der sekundären Niedrigdruckpumpe gepumpt wird, in die primäre Hochdruckpumpe gesaugt wird, wobei Überschußkraftstoff, der von der sekundären Niedrigdruckpumpe gepumpt wird, durch das zweite sekundäre Auslaßventil der sekundären Niedrigdruckpumpe geleitet wird, um die Erzeugung eines Nettoüberdrucks während des Einlaßhubs der primären Hochdruckpumpe zu ermöglichen, wie er durch den Öffnungsdruck des sekundären Auslaßventils der sekundären Niedrigdruckpumpe vorgegeben ist.

Vorzugsweise kann für einige Anwendungen des Einspritzventils das Einlaßventil der primären Hochdruckpumpe in dem Plunger enthalten sein.

Gemäß einem zweiten Gesichtspunkt der Erfindung wird ein Verfahren zum Detektieren der Stellung eines bewegbaren Plungers eines Einspritzventils angegeben, das ein elektrisches Stellglied mit einer Magnetspule und einem bewegbaren Plunger, eine Pumpenanordnung mit Kolbenmitteln, die durch das elektrische Stellglied bewegbar sind, und Überwachungsmitteln zum Kontrollieren der ausgegebenen Kraftstoffmenge umfaßt, wobei das Verfahren zuerst das Bewegen des Plungers und der Kolbenmittel unter Verwendung der Magnetspule umfaßt, und dadurch gekennzeichnet ist, daß das Verfahren weiter das Überwachen der Änderung in den elektrischen Eigenschaften der Magnetspule umfaßt, die durch die Änderung in der Stellung des Plungers in der Magnetspule bewirkt wird, um die Stellung des Plungers festzustellen.

Vorzugsweise umfaßt das Verfahren den Schritt des Analysierens der Stellung des Plungers mit den Überwachungsmitteln und das Verwenden der Analyse zum Regeln der von dem Einspritzventil ausgebenen Kraftstoffmenge.

Die Vorrichtung kann in der Praxis auf verschiedene Weisen ausgeführt werden, aber eine Ausführung der Erfindung wird nun nur beispielhaft mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei:

1 eine Querschnittsseitenansicht eines Einspritzventils mit einer Magnetspule zeigt, die ohne Energie und an dem Ende des Rückkehrhubs ist; und

2 eine Querschnittsseitenansicht des in 1 gezeigten Einspritzventils zeigt, wobei die Magnetspule erregt und an dem Ende des Lieferhubs ist.

Mit Bezug auf 1 umfaßt ein Einspritzventil 1 einen Plunger 2, eine Magnetspule 3 und eine konische Rückstellfeder 11, die eine primäre Hochdruckpumpenanordnung antreibt, die aus einem primären Kolben 4 in einem primären Zylinder 5 zusammen mit einem primären Einlaßventil 8 und einem primären Auslaßventil 7 besteht. Der Plunger 2 wird auch eine zweite Niedrigdruckpumpenanordnung antreiben, die aus einem sekundären Kolben 22, einem sekundären Zylinder 23, einem sekundären Einlaßventil 24 und einem sekundären Auslaßventil 25 besteht. Die Magnetspule 3 ist unter der Kontrolle einer elektronischen Überwachungseinheit 10, die an die Magnetspule 3 über zwei Verbindungsdrähte 19 angeschlossen ist. Das Einspritzventil ist in einem Einlaßkrümmer 20 montiert und liefert in diesen Kraftstoff.

Der primäre Kolben 4 ist unmittelbar mit dem Plunger 2 verbunden. Der primäre Kolben 4 hat eine genaue Maßgenauigkeit in dem primären Zylinder 5, um ein Brennstofflecken zwischen dem primären Kolben 4 und dem primären Zylinder 5 zu verhindern, wenn der Kraftstoff unter Druck gesetzt wird. Der primäre Zylinder 5 ist aus einem Material gemacht, das einen ähnlichen Ausdehnungskoeffizienten wie das Material des primären Kolbens 4 hat, um zu gewährleisten, daß eine besondere Maßgenauigkeit über einen weiten Temperaturbereich beibehalten wird. Der primäre Kolben 4 und der primäre Zylinder 5 sind aus Materialien hergestellt, die, wenn sie als ein Lagerpaar kombiniert sind, geeignete Abnutzungscharakteristiken haben, um die notwendige Bauteillebensdauer zu schaffen.

Der sekundäre Kolben 22 ist unmittelbar mit dem Plunger 2 verbunden. Der sekundäre Kolben 22 hat eine genaue Maßgenauigkeit in dem sekundären Zylinder 23, um ein Brennstofflecken zwischen dem sekundären Kolben 22 und dem sekundären Zylinder 23 zu verhindern, wenn der Kraftstoff unter Druck gesetzt wird. Der sekundäre Zylinder 23 ist aus einem Material hergestellt, das einen ähnlichen Ausdehnungskoeffizienten wie das Material des sekundären Kolbens 22 hat, um zu gewährleisten, daß eine besondere Maßgenauigkeit über einen weiten Temperaturbereich beibehalten wird. Der sekundäre Kolben 22 und der sekundäre Zylinder 23 sind aus Materialien gemacht, die, wenn sie als ein Lagerpaar kombiniert werden, geeignete Abnutzungscharakteristiken aufweisen, um die notwendige Bauteillebensdauer zu schaffen. Der sekundäre Kolben 22 hat einen größeren Durchmesser als der primäre Kolben 4, um für eine bestimmte Bewegung des Plungers 2 zu gewährleisten, daß die sekundäre Pumpenanordnung ein größeres Kraftstoffvolumen als die primäre Pumpenanordnung verdrängen wird. Das gewährleistet, daß ein Überdruck in der sekundären Druckkammer 26 während des Einlaßhubs der primären Hochdruckpumpenanordnung erzeugt werden kann.

Der maximale Weg des Plungers ist durch zwei Endanschläge begrenzt, den Strom-Aus-Endanschlag 15 und dem Strom-An-Endanschlag 16. Im Ruhezustand ohne Strom, der durch die Magnetspule 3 fließt, wird der Plunger 2 gegen den Strom-Aus-Endanschlag 15 durch die Rückstellfeder 11 gehalten. 1 zeigt das Einspritzventil in diesem Zustand. Wenn die Magnetspule 3 permanent erregt wird, wird der Plunger 2 gegen den Strom-An-Endanschlag 16 gehalten. 2 zeigt das Einspritzventil in diesem Zustand. Die maximale Distanz, über die sich der Plunger 2 zwischen den beiden Endanschlägen bewegen kann, ist bekannt und hat eine besondere Maßgenauigkeit. Das ermöglicht, daß ein Selbstkalibriervorgang stattfinden kann. Das wird unten beschrieben.

Während des Normalbetriebs wird der Plunger 2 sich nicht soweit wie bis zu dem Strom-An-Endanschlag 16 bewegen, weil das die Kraftstoffmenge begrenzen würde, die das Einspritzventil liefern kann. Das Einspritzventil wird derart ausgelegt sein, daß das Kraftstoffvolumen, das durch das Bewegen des Plungers 2 aus seinem Strom-Aus-Endanschlag 15 in seinen Strom-An-Endanschlag 16 bewegt wird, größer sein wird, als die maximale Kraftstoffdosis, die während des Normalbetriebs erforderlich ist.

Das primäre Einlaßventil 8 ist ein schnell ansprechendes Einwegventil niedriger Masse, das in dem sich bewegenden Plunger installiert ist. Das gezeigte Ventil besteht aus einer Kugel und einer Druckfeder, aber ein Reedventil oder jede andere geeignete Konstruktion eines Einwegventils könnte eingesetzt werden. Das primäre Einlaßventil 8 wird sich öffnen, wenn der Druck des Kraftstoffs in der sekundären Druckkammer 26 den Druck des Kraftstoffs in der primären Druckkammer 21 um den Öffnungsdruck des primären Einlaßventils 8 übersteigt. Eine Bohrung in dem primären Kolben 4 schafft einen Weg für den Kraftstoff, um von der sekundären Druckkammer 26 zu der primären Druckkammer 21 zu strömen. Das primäre Einlaßventil 8 ist ausgelegt, um den Druck zu minimieren, der erforderlich ist, um es zu öffnen.

Das primäre Auslassventil 7 ist ein schnell ansprechendes Einwegventil niedriger Masse. Das gezeigte Ventil besteht aus einer Kugel und einer Druckfeder, aber ein Reedventil oder irgendeine andere geeignete Konstruktion eines Einwegventils könnte eingesetzt werden. Das primäre Auslaßventil 7 wird öffnen, wenn der Druck des Kraftstoffs in der primären Druckkammer 21 den Druck in der Zerstäubungsventilkammer 12 um den Öffnungsdruck des primären Auslaßventils übersteigt.

Das Zerstäubungsventil besteht aus einem Drehbolzenzerstäubungsventil 13, das durch eine Zerstäubungsventilfeder 14 geschlossen gehalten wird. Wenn der Druck des Kraftstoffs in der Zerstäubungsventilkammer 12 auf einen Wert ansteigt, der genug Kraft auf das Drehbolzenzerstäubungsventil 13 ausübt, um die Zerstäubungsventilfeder 14 zusammenzudrücken, wird das Ventil öffnen. Der Vorteil dieses Zerstäubungsmechanismus besteht darin, daß der Zerstäubungsdruck konstant sein wird. Die Druckkraft der Zerstäubungsventilfeder 14 würde normalerweise eingestellt werden, um einen Zerstäubungsdruck von zumindest 3 bar zu ergeben.

Das sekundäre Einlaßventil 24 ist ein schnell ansprechendes Einwegventil niedriger Masse. Das gezeigte Ventil besteht aus einer Kugel und einer Druckfeder, aber ein Reedventil oder jede andere geeignete Konstruktion eines Einwegventils könnte eingesetzt werden. Das sekundäre Einlaßventil 24 wird öffnen, wenn der Druck des Kraftstoffs in dem Kraftstoffeinlaß 17 den Druck des Kraftstoffs in der sekundären Druckkammer 26 um den Öffnungsdruck des sekundären Einlaßventils 24 übersteigt. Das sekundäre Einlaßventil 24 ist ausgelegt, um den Druck zu minimieren, der erforderlich ist, um es zu öffnen.

Das sekundäre Auslaßventil 25 ist ein schnell ansprechendes Einwegventil niedriger Masse. Das gezeigte Ventil besteht aus einer Kugel und einer Druckfeder, aber ein Reedventil oder jede andere geeignete Konstruktion eines Einwegventils könnte eingesetzt werden. Das sekundäre Auslaßventil 25 wird öffnen, wenn der Druck des Kraftstoffs in der sekundären Druckkammer 26 den Druck in der Endanschlagkammer 6 um den Öffnungsdruck des sekundären Auslaßventils 25 übersteigt. Der Öffnungsdruck des sekundären Auslassventils 25 gibt den Druck in der sekundären Druckkammer 26 während des Einlaßhubs der primären Hochdruckpumpenanordnung vor. Er wird auf einen Wert eingestellt sein, der gewährleistet, daß sich keine Blasen in dem Kraftstoff während dieser Betriebsphase bilden.

Das Einlaßventil ist auch mit einem Rückkopplungsstellungssystem ausgestattet. Das besteht aus einer Stellungsmeßschaltung in der Überwachungseinheit 10, die die Änderung in den elektrischen Eigenschaften der Magnetspule 3 verwendet, wenn sich der Plunger 2 in ihr bewegt.

Kraftstoff wird in den Hauptkörper des Ventils durch einen Kraftstoffeinlaß 17 zugeführt. Der Kraftstoffauslaß 18 stellt einen Rückkehrweg zu dem Kraftstofftank bereit. Wenn sich der Plunger hin- und herbewegt, zirkuliert die sekundäre Niedrigdruckpumpenanordnung Kraftstoff durch das Einlaßventil und zurück zu dem Tank, wobei ein Anteil dieses Kraftstoffs durch die primäre Hochdruckpumpenanordnung zum Einspritzen in den Motor abgezogen wird. Ein Weg für diesen Überschußkraftstoff ist durch das sekundäre Auslaßventil 25, die Endanschlagkammer 6, zwischen dem Plunger 2 und der Innenseite der Magnetspule 3 und schließlich um das Äußere der Magnetspule 3 zu dem Kraftstoffauslaß 18 geschaffen. Der Plunger 2 und die Magnetspule 3 sind somit in zirkulierendem Kraftstoff eingetaucht, was dabei hilft, Hitze von diesen Bauteilen abzuführen.

Die Endanschlagkammer 6 ist voll von Kraftstoff. Wenn der Plunger 2 Kontakt mit dem Strom-Aus-Endanschlag 15 oder dem Strom-An-Endanschlag 16 macht, wird der Kraftstoff als ein Dämpfer wirken, um zu verhindern, daß der Plunger 2 aufprallt. Er wird auch jedes mechanisches Geräusch herausdämpfen.

Das Einspritzventil 1 arbeitet wie folgt. Durch Abfragen verschiedener Sensoren um den Motor berechnet die elektronische Motoreinheit 10 die Menge an Kraftstoff, die es zu liefern wünscht. Aus einer einfachen Volumenberechnung berechnet die elektronische Motoreinheit 10, wie weit der Kolben 4 bewegt werden muß, um diese Kraftstoffmenge zu liefern. Bei dem Start des Einspritzvorgangs wird der Plunger 2 gegen seinen Strom-Aus-Endanschlag 15 durch die Rückhaltefeder 11 gehalten. In diesem Zustand werden alle Pumpenventile geschlossen sein. Aus früheren Kraftstoffeinspritzvorgängen wird die elektronische Überwachungseinheit 10 eine empirische Beziehung zwischen der Magnetspulenstromimpulsdauer und der Plungerbewegung aufgebaut haben. Diese Beziehung kann die Form einer programmierbaren Nachschlagetabelle oder ähnlichem haben. Die empirische Beziehung wird verwendet, um die Länge der Zeit vorherzusagen, die die Magnetspule 3 erregt werden muß, um den Plunger 2 und den befestigten Kolben 4 eine erforderliche Distanz von dem Strom-Aus-Endanschlag zu verschieben. Die elektronische Überwachungseinheit 10 berechnet die Dauer von Stromimpulsen, die die erforderliche Bewegung erzeugen wird, aus der empirischen Beziehung, und legt diese Stromimpulse an die Magnetspule 3 an. Das Magnetfeld in der Magnetspule 3 bewegt den Plunger 2 auf sich zu und treibt den primären Kolben 4 nach unten in den primären Zylinder 5, wobei auch der sekundäre Kolben 22 hinab in den sekundären Zylinder 23 bewegt wird.

Wenn sich der primäre Kolben 4 hinab in den primären Zylinder 5 bewegt, wird der Druck des Kraftstoffs in der primären Druckkammer 21 zunehmen, bis er den Kraftstoffdruck in der Zerstäubungskammer 12 um den Öffnungsdruck des primären Auslaßventils 7 übersteigt, was bewirkt, daß sich dieses Ventil öffnet. Der Kraftstoffdruck in der Zerstäubungskammer 12 wird dann zunehmen, bis zu einem derartigen Wert, daß sich das Drehbolzenzerstäubungsventil 13 öffnet, indem die Zerstäubungsventilfeder 14 zusammengedrückt wird, wobei dieser Druck typischerweise zumindest 3 bar beträgt, um eine gute Zerstäubung zu gewährleisten. Der Kraftstoff wird dann durch das primäre Auslaßventil 7 und durch das Zerstäubungsventil 13 in die Einlaßkammer 20 strömen.

Während dieses Einspritzhubs wird der Druck des Kraftstoffs in der sekundären Druckkammer 26 abfallen, bis der Druck des Kraftstoffs in der Kraftstoffeinlaßleitung 17 ihn um den Öffnungsdruck des sekundären Einlaßventils 24 übersteigen wird, was dieses Ventil veranlaßt, zu öffnen. Kraftstoff wird dann in die sekundäre Druckkammer 26 gesaugt. Das sekundäre Einlaßventil 24 ist optimiert, um den minimal möglichen Druckabfall während dieser sekundären Einlaßphase zu bewirken, aber trotzdem gibt es eine Neigung dafür, daß sich Blasen in der sekundären Druckkammer 26 bilden. Jedoch werden irgendwelche gebildeten Blasen keine Probleme verursachen, solange sie nicht anschließend in die primäre Hochdruckpumpenanordnung gesaugt werden. Die sekundäre Druckkammer 26 ist somit derart ausgelegt, daß irgendwelche Blasen, die gebildet werden, dazu neigen, an der Oberseite der sekundären Druckkammer 26 zu schwimmen, wo sie so dicht wie möglich zu dem sekundären Auslaßventil 25 und soweit weg wie möglich von dem primären Einlaßventil 8 sind. Sie werden dann aus der sekundären Druckkammer 26 in die Endanschlagkammer 6 während des sekundären Niedrigdruckpumpenauslaßhubs herausgeführt.

Der Plunger 2 wird fortfahren, zu beschleunigen, während Strom durch die Magnetspule 3 geleitet wird, wobei er seine maximale Geschwindigkeit an dem Ende des Stromimpulses erreicht. Der Plunger 2 wird dann fortfahren, sich in der gleichen Richtung unter seinem Eigenimpuls zu bewegen, aber er wird unter der Kraft der Rückstellfeder 11, der Kraft des Kraftstoffdrucks in der primären Druckkammer 21 an dem Ende des primären Kolbens 4 und der Kraft der Kraftstoffdruckabnahme in der sekundären Druckkammer 26 an dem sekundären Kolben 22 verzögern. Während dieser Verlangsamungsphase wird die elektronische Überwachungseinheit 10 die Stellungsmeßschaltung verwenden, die in ihr enthalten ist, um andauernd die Stellung des Plungers 2 zu überwachen, indem die elektrischen Charakteristiken der Magnetspule 3 überwacht werden. Die elektronische Überwachungseinheit 10 wird die maximale Verschiebung feststellen, die durch die Stellungsmeßschaltung angegeben wird, was auftreten wird, wenn die Kraft der Rückstellfeder 11 und die primären und sekundären Kraftstoffdrücke den Plunger 2 zu einem Halt an dem Apogäum von seinem Weg bringen wird. Das primäre Auslaßventil 7 und das Zerstäubungsventil 13 werden dann schließen, und die Rückstellfeder 11 wird dann beginnen, den Kolben 2 zurück in Richtung seines Strom-Aus-Endanschlags 15 zu beschleunigen.

An dem Beginn dieses Rückkehrhubs wird das sekundäre Einlaßventil 24 schließen, und der Druck des Kraftstoffs in der sekundären Druckkammer 26 wird ansteigen, bis er den Druck des Kraftstoffs in der Endanschlagkammer 6 um den Öffnungsdruck des sekundären Auslaßventils 25 übersteigt, was bewirkt, daß sich dieses Ventil öffnet. Der Öffnungsdruck des sekundären Auslaßventils 25 wird auf einen Wert eingestellt werden, der jede erhebliche Blasenbildung während dieser Betriebsphase verhindert. Dieser wird typischerweise zwischen 0,2 und 0,4 bar liegen. Der Druck des Kraftstoffs in der primären Druckkammer 21 wird fallen, bis der Druck des Kraftstoffs in der sekundären Druckkammer 26 den Druck des Kraftstoffs in der primären Druckkammer 21 um den Öffnungsdruck des primären Einlaßventils 8 übersteigt, wobei das primäre Einlaßventil 8 dann öffnen wird und Kraftstoff in die primäre Druckkammer 21 aus der sekundären Druckkammer 26 gedrängt werden wird. Da der Durchmesser des sekundären Kolbens 22 erheblich größer als der des primären Kolbens 4 ist, wird nur ein Anteil des von dem sekundären Kolbens 22 gepumpten Kraftstoffs in die primäre Druckkammer 21 gesaugt, wobei der Überschuß durch das sekundäre Auslaßventil 25 und zurück zu dem Kraftstofftank über die Endanschlagkammer 6 und die Kühldurchgänge um den Plunger 2 und die Magnetspule 3 gedrängt wird.

Sobald der Plunger 2 seinen Strom-Aus-Endanschlag 15 erreicht, wird die elektronische Überwachungseinheit 10 den Ausgang des Rückkopplungsstellungssystems feststellen, wobei der Plunger 2 an seinem Strom-Aus-Endanschlag 15 anliegt. Es wird dann diese Offset-Auslesung von dem Rückkopplungsstellungssystemausgang abziehen, der festgestellt wurde, als der Plunger 2 an seiner maximalen Auslenkung war, um die Gesamtbewegung des Plungers 2 und angebrachten primären Kolbens 4 zu ergeben. Diese Bewegung wird dann mit der erforderlichen Distanz verglichen, von der es ursprünglich gedacht war, daß sich der Plunger 2 und der angebrachte primäre Kolben 4 über sie bewegen. Jeder Fehlerausdruck wird verwendet, um eine Rückkopplung zu schaffen, um die empirische Beziehung zwischen der Magnetstromimpulsdauer und der Kolbenbewegung für zukünftige Einspritzvorgänge zu korrigieren. Wenn zum Beispiel der Plunger 2 und der angebrachte primäre Kolben 4 etwas weniger als die beabsichtigte Distanz bewegt wurden, werden die Magnetimpulstabellen vergrößert werden, so daß das nächste Mal, wenn ein Einspritzvorgang ausgeführt wird, die Magnetspule 3 für etwas länger erregt werden wird.

Ein Selbstkalibriervorgang kann in Abständen ausgeführt werden, um das Rückkopplungsstellungssystem zu kalibrieren. Die elektronische Überwachungseinheit 10 wird zuerst den Ausgang des Rückkopplungsstellungssystemsfeststellen, wenn die Magnetspule 3 ausgeschaltet ist und der Plunger 2 in Kontakt mit seinem Strom-Aus-Endanschlag 15 ist. 1 zeigt den Plunger 2 in dieser Stellung. Die elektronische Überwachungseinheit 10 wird dann die Magnetspule 3 für eine vergleichsweise lange Zeitdauer anschalten, um es zu ermöglichen, daß der Plunger 2 in Kontakt mit seinem Strom-An-Endanschlag 16 kommt. 2 zeigt den Plunger 2 in dieser Stellung. Die elektronische Überwachungseinheit 10 wird dann den Ausgang des Rückkopplungsstellungssystemsfeststellen. Die elektronische Überwachungseinheit 10 hat jedoch zwei Ausgangsauslesungen von dem Rückkopplungsstellungssystem, die eine bekannte Distanz voneinander getrennt sind, und kann somit den Skalierungsfaktor des Rückkopplungsstellungssystems kalibrieren.

Ein entscheidender Vorteil der gezeigten Vorrichtung besteht darin, daß sie keine separate Hochdruckkraftstoffzufuhr benötigt. Das spart Kosten, Gewicht und Platz. Diese Einsparungen sind insbesondere bei Einzylinderanwendungen wichtig, wie zum Beispiel Motorräder geringer Leistung, wo das Hochdruckkraftstoffsystem einen sehr großen Overhead darstellt. Das Hochdruckkraftstoffsystem ist auch potentiell gefährlich und seine Beseitigung bietet einen wichtigen Sicherheitsvorteil. Wieder ist das besonders wichtig, für Zweiradanwendugnen, wo der Bediener nicht so weit von dem Kraftstoffsystem entfernt ist, wie in einem Automobil.

Ein wichtiger Vorteil der vorgezeigten Vorrichtung besteht darin, daß sie den gelieferten Kraftstoff aus ersten Prinzipien mißt, das heißt, durch eine einfache Volumenberechnung bezogen auf die Distanz, über die die das Stellglied bewegende Magnetanordnung bewegt wird. Es ist somit nicht irgendwelchen Kraftstofflieferfehlern unterworfen, denen ein herkömmliches elektronisches Kraftstoffeinspritzsystem aufgrund der Variationen in dem Einspritzdüsenöffnungsdurchmesser und dem Einspritzöffnungsdruckunterschied unterworfen ist.

Ein wichtiger Vorteil der gezeigten Vorrichtung besteht darin, daß höhere Einspritzventildrücke sowohl möglich als auch sicher sind. Höhere Einspritzventildrücke führen zu einer verbesserten Zerstäubung, was zu einem besseren Verbrennungswirkungsgrad und verminderten Emissionen führt. Indem ein stärkeres Antriebssignal und höhere Zerstäubungsventilöffnungsdrücke bereitgestellt werden, sind Einspritzventildrücke von 18 bis 40 bar ohne weiteres unter Verwendung von zur Zeit erhältlichen Stellgliedern erreichbar. Das Bereitstellen eines Einspritzventildrucks von 40 bar mit einer externen Kraftstoffpumpe und einem externen Regler würde sowohl aufgrund der erforderlichen Hochleistungspumpen und Kraftstoffleitung teuer als auch potentiell gefährlich sein.

Ein wichtiger Vorteil der gezeigten Vorrichtung besteht darin, daß sie eine einzelne Magnetspule verwendet, um sowohl den Plunger anzutreiben, als auch um die Stellung dieses Plungers zu überwachen. Das bedeutet, daß die Vorrichtung einfach im Aufbau und billig herzustellen ist, und weniger elektrische Anschlüsse zu der Außenwelt erfordert.

Ein wichtiger Vorteil der gezeigten Vorrichtung besteht darin, daß die integrale sekundäre Niedrigdruckpumpe die Erzeugung von Blasen in dem Kraftstoff während des Einlaßhubs der primären Hochdruckpumpe unterdrücken wird. Während des Einlaßhubs der primären Hochdruckpumpe wird der Kraftstoff einer Verminderung im Druck unterworfen, wenn er durch das primäre Einlaßventil strömt. Wenn man einen Kraftstoff einspritzt, der Bestandteile mit niedrigen Siedepunkten enthält, z.B. Benzin, gibt es eine Neigung für diese Verminderung im Druck, zu bewirken, daß sich Blasen in dem Kraftstoff in der primären Druckkammer bilden. Derartige Blasen werden Fehler beim Bemessen des Kraftstoffs verursachen. Die integrale sekundäre Niedrigdruckpumpe setzt den Kraftstoff während des Einlaßhubs der primären Hochdruckpumpe unter Druck, was die Blasenbildung begrenzt. Die sekundäre Niedrigdruckpumpe zirkuliert Kraftstoff auch durch das Einpritzventil, wobei irgendwelche Blasen, die sich in der sekundären Druckkammer bilden, abgeführt werden.

Die vorliegende Erfindung kann ohne eine integrale sekundäre Niedrigdruckpumpe ausgeführt werden. Wenn das der Fall ist, kann die vorliegende Erfindung eine externe sekundäre Niedrigdruckpumpe erfordern, um eine zirkulierende Strömung durch das Einspritzventil zu schaffen. Diese externe sekundäre Niedrigdruckpumpe schafft sowohl einen kleinen Überdruck, um die Neigung zur Blasenbildung zu reduzieren, und wird auch durch das Einspritzventil irgendwelche Blasen spülen, die sich bilden.

Die obigen Ausführungen zeigen alle Einspritzventile, die Kraftstoff in den Einlaßkrümmer eines Motors einspritzen. Die gezeigte Vorrichtung könnte auch verwendet werden, um direkt in den Motorzylinder einzuspritzen. Das kann die Emissionen von einem Motor reduzieren, weil die Einspritzung ausgeführt werden kann, nachdem das Abgasventil geschlossen hat, was ein Kraftstoffkurzschließen zwischen dem Einlaß- und dem Auslaßventil verhindert. Das ist ein besonderes Problem bei Zweitaktmotoren und Viertaktmotoren mit großem Ventilüberlappungen. Die gezeigte Vorrichtung hat zwei Vorteile gegenüber konventionellen Systemen für diese Anwendung. Zunächst, wie es oben erläutert wurde, kann sie ohne Weiteres höhere Einspritzdrucke erzeugen. Das ist für die direkte Zylindereinspritzung erforderlich, um den Druck in dem Zylinder zu überwinden, der höher als der in dem Krümmer sein kann. Zweitens wird die Menge an ausgegebenem Kraftstoff aus ersten Prinzipien abgemessen und wird nicht durch die Veränderungen in dem Zylinderdruck beeinflußt, die auftreten werden, wenn sich der Kolben in der Bohrung bei dem Verdichtungstakt bewegt. Wenn ein herkömmliches Kraftstoffeinspritzventil verwendet wird, wo Kraftstromströmung durch den Druckabfall über die Einspritzöffnung bestimmt wird, machen diese Druckveränderungen das Abmessen des Kraftstoffs komplex und unterwerfen es einem Fehler.


Anspruch[de]
  1. Ein Einspritzventil (1) umfaßt ein elektrisches Stellglied mit einer Magnetspule (3) und einen bewegbaren Plunger (2), eine Pumpenanordnung mit Kolbenmitteln, die durch das elektrische Stellglied bewegbar sind, und Überwachungsmittel (10) zum Kontrollieren der ausgegebenen Kraftstoffmenge, wobei die Anordnung derart ist, daß beim Gebrauch Kraftstoff aus dem Einspritzventil durch die Bewegung des Plungers (2) und der Kolbenmittel ausgegeben wird, und dadurch gekennzeichnet ist, daß die Überwachungsmittel (10) die Änderung in den elektrischen Eigenschaften der Magnetspule (3) analysieren, die durch die Änderung in der Stellung des Plungers (2) in der Magnetspule (3) bewirkt werden, um die Stellung des Plungers (2) festzustellen.
  2. Einspritzventil nach Anspruch 1, bei dem die Analyse der Stellung des Plungers (2) von den Überwachungsmitteln (10) verwendet wird, um die ausgegebene Kraftstoffmenge (2) zu kontrollieren.
  3. Einspritzventil nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem beim Gebrauch die Bewegung des Plungers (2) des elektrischen Stellglieds und der Kolbenmittel über eine vorbestimmte Distanz eine vorbestimmte Kraftstoffmenge ausgegeben wird.
  4. Einspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Stellglied eine feste Magnetspule (3) und eine Rückstellfeder (11) für den bewegbaren Plunger (2) umfaßt.
  5. Einspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Überwachungsmittel eine Stellungsmeßschaltung umfassen, wobei die Anordnung derart ist, daß beim Gebrauch die Magnetspule (3) eine Antriebskraft für den Plunger (2) und für die Kolbenmittel bereitstellt , und die Magnetspule (3) eine Rückkopplungsstellungsinformation von der Stellung des Plungers (2) für die Stellungsmeßschaltung der Überwachungsmittel (10) bereitstellt.
  6. Einspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Magnetspule (3) eine einzelne Windung mit zwei externen elektrischen Anschlüssen umfaßt.
  7. Einspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Einspritzventil (1) Kraftstoffzerstäubungsmittel umfaßt, wobei die Anordnung derart ist, daß beim Gebrauch durch die Bewegung des Stellglieds Kraftstoff durch die Zerstäubungsmittel gedrängt wird, wobei das Stellglied eine ausreichende Kraft erzeugt, um den Kraftstoff bis zu einem Wert unter Druck zu setzen, der eine zufriedenstellende Zerstäubung erreichen wird.
  8. Einspritzventil nach Anspruch 7, bei dem die Zerstäubungsmittel eine Zerstäubungsöffnung (13) sind.
  9. Einspritzventil nach einem der Ansprüche 4 bis 8, bei dem das Stellglied einen Endanschlag (15) umfaßt, wobei die Anordnung derart ist, daß ohne Stromfluß durch die Magnetspule (3) die Rückstellfeder (11) den Plunger (2) in eine Richtung in Richtung des Endanschlags (15) bewegt.
  10. Einspritzventil nach Anspruch 9, bei dem, wenn Strom durch die Magnetspule (3) geleitet wird, sich der Plunger (2) in eine Richtung weg von dem Endanschlag (15) bewegt, und die Kolbenmittel Kraftstoff aus dem Einspritzventil ausgeben.
  11. Einspritzventil nach Anspruch 9 oder Anspruch 10, bei dem beim Gebrauch während des normalen Betriebs die Überwachungsmittel (10) für kurze Zeitdauern elektrische Energie für die Magnetspule (3) bereitstellen, derart, daß die Distanz, die sich der Plunger (2) von dem Endanschlag (15) wegbewegt, durch die Dauer und den Wert des elektrischen Stromimpulses geregelt wird, der an die Magnetspule (3) angelegt wird.
  12. Einspritzventil nach Anspruch 11, bei dem die Überwachungsmittel (10) die ausgegebene Kraftstoffmenge regeln und variieren, indem die Dauer des elektrischen Stromimpulses variiert wird, der an die Magnetspule (3) angelegt wird, wobei die Anordnung derart ist, daß beim Gebrauch, je größer die Dauer des Stromimpulses ist, der an die Magnetspule (3) angelegt wird, desto größer die Distanz ist, über die sich der Plunger (2) und die Kolbenmittel bewegen, und desto größer die ausgegebene Kraftstoffmenge ist.
  13. Einspritzventil nach Anspruch 11 oder 12, bei dem die Überwachungsmittel (10) die ausgegebene Kraftstoffmenge regeln und variieren, indem der Wert von dem Strom variiert wird, der durch die Magnetspule während eines Stromimpulses geleitet wird, wobei die Anordnung derart ist, daß beim Gebrauch, je höher der Stromwert ist, der während des Stromimpulses angelegt wird, desto größer die Distanz ist, über die sich der Plunger und die Kolbenmittel bewegen, und desto größer die ausgegebene Kraftstoffmenge ist.
  14. Einspritzventil nach Anspruch 13, bei dem die Überwachungsmittel (10) die ausgegebene Kraftstoffmenge regeln, indem sowohl die Dauer des Stromimpulses als auch der Wert von dem Strom in diesem Impuls variiert werden.
  15. Einspritzventil nach Anspruch 13, bei dem beim Gebrauch die Überwachungsmittel (10) einen Stromimpuls einer vorbestimmten Dauer und eines vorbestimmten Werts an die Magnetspule (3) anlegen, und, sobald der Stromimpuls aufgehört hat, die Überwachungsmittel (10) die Stellung des Plungers (2) überwachen, wenn er fortfährt, sich in der gleichen Richtung aufgrund seines Eigenmomentes zu bewegen, und, wenn der Plunger (2) aufgrund der auf ihn von der Rückstellfeder (11) ausgeübten Kräfte und dem Kraftstoffdruck an dem Ende der Kolbenmittel (4) bis zu einem Stillstand verlangsamt, die Überwachungsmittel (10) den maximalen Ausschlag feststellen, der von dem Plunger (2) erreicht wird.
  16. Einspritzventil nach Anspruch 15, bei dem die Überwachungsmittel (10) die Messung des maximalen Ausschlags, der von dem Plunger (2) erreicht wird, verwenden, um eine empirische Beziehung zwischen der Dauer und dem Wert des Stromimpulses und der Distanz, über die sich der Plunger (2) bewegt, aufzustellen.
  17. Einspritzventil nach Anspruch 16, bei dem die Überwachungsmittel die empirisch abgeleitete Beziehung zwischen der Dauer und dem Wert des Stromimpulses und der Distanz, über die sich der Plunger (2) bewegt, verwenden, um die Dauer und den Wert des Stromimpulses vorherzusagen, der benötigt wird, um an der Magnetspule angelegt zu werden, damit sich der Plunger die Distanz bewegt, die eine erforderliche Kraftstoffmenge aus dem Einspritzventil ausgeben wird.
  18. Einspritzventil nach Anspruch 17, bei dem beim Gebrauch für jeden bestimmten Kraftstoff ausgebenden Hub der Kolbenmittel (4) die Überwachungsmittel (10) die tatsächliche Distanz feststellen, über die sich der Plunger (2) bewegt, und dann diese Distanz mit einer vorbestimmten Distanz vergleichen, über die sich der Plunger (2) bewegen sollte, um eine vorbestimmte richtige Kraftstoffmenge zu liefern, wobei der Unterschied zwischen der vorbestimmten und der tatsächlichen Distanz einen Fehlerausdruck liefert, der in den Rückkopplungsalgorithmus eingespeist wird, der die empirische Beziehung zwischen der Dauer und dem Wert des Stromimpulses und der Distanz modifiziert, über die sich der Plunger (2) bewegt.
  19. Einspritzventil nach einem der Ansprüche 4 bis 18, bei dem beim Gebrauch, wenn kein Strom in der Magnetspule (3) fließt und die Rückstellfeder den Plunger (2) an den Anschlag zurückgestellt hat, die Überwachungsmittel den Wert der elektrischen Eigenschaften der Magnetspule (3) an diesen Punkt als einen Offset-Referenzwert verwenden.
  20. Einspritzventil nach Anspruch 19, bei dem während eines Kraftstoffausgabevorgangs der Offset-Referenzwert, der erhalten wird, wenn der Plunger (2) an dem Anschlag (15) anliegt, von allen nachfolgenden Auslesungen von der Magnetspule (3) abgezogen wird, um es zu ermöglichen, die Distanz, über die sich der Plunger von dem Anschlag (15) bewegt, zu berechnen.
  21. Einspritzventil nach einem der Ansprüche 9 bis 20, bei dem das Einspritzventil einen zweiten Endanschlag (16) an dem anderen Ende des Wegs des Plungers (2) umfaßt, wobei die Anordnung derart ist, daß der Plunger (2) an dem zweiten Endanschlag (16) anliegt, wenn ein Strom durch die Magnetspule (3) für längere Zeitdauern geleitet wird.
  22. Einspritzventil nach Anspruch 21, bei dem das Einspritzventil (1) fähig ist, jede erforderliche Kraftstoffmenge für den Motor mit einem Hub des Plungers (2) und der Kolbenmittel (4) zu liefern, der geringer ist, als die maximale Hubgrenze des Einspritzventils (1), wie es von dem zweiten Endanschlag (16) vorgegeben ist.
  23. Einspritzventil nach Anspruch 21 oder Anspruch 22, bei dem beim Gebrauch zumindest einer von den Huben des Plungers über die volle Hubdistanz des Plungers (2) verläuft, wie sie durch den Endanschlag (16) vorgegeben ist, wobei das den Kalibriervorgang des Rückkopplungsstellungssystems ermöglicht, der öfter auszuführen ist.
  24. Einspritzventil nach einem der Ansprüche 21 bis 23, bei dem beim Gebrauch das Einspritzventil (1) den Kraftstoff in zwei Huben des Plungers (2) und der Kolbenmittel (4) liefert, wobei zumindest einer dieser Hube über die volle Hubdistanz des Plungers verläuft, wie sie durch den Endanschlag (16) vorgegeben ist, wobei das den Kalibriervorgang des Rückkopplungsstellungssystemd ermöglicht, der öfter auszuführen ist.
  25. Einspritzventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Pumpenanordnung zwei Pumpen umfaßt, eine primäre Hochdruckpumpe und eine sekundäre Niedrigdruckpumpe, wobei die Anordnung derart ist, daß beim Gebrauch die primäre Hochdruckpumpe die abgemessene Kraftstoffmenge in einen Motor überträgt, und die sekundäre Niedrigdruckpumpe während eines Einlaßhubs der primären Hochdruckpumpe einen Überdruck erzeugt, was die Tendenz für die Bildung von Blasen in der primären Hochdruckpumpe vermindert.
  26. Einspritzventil nach Anspruch 25, bei dem die primäre Hochdruckpumpe einen primären Kolben (4) umfaßt, der in einer primären Zylinderkammer (5) hin- und herbewegbar ist, die ein primäres Einlaßventil (8) und ein primäres Auslaßventil (7) umfaßt.
  27. Einspritzventil nach Anspruch 25, bei dem eine sekundäre Niedrigdruckpumpe einen sekundären Kolben (22) umfaßt, der in einer sekundären Zylinderkammer (23) hin- und herbewegbar ist, die ein sekundäres Einlaßventil (24) und ein sekundäres Auslaßventil (25) umfaßt.
  28. Einspritzventil nach Anspruch 26 oder Anspruch 27, bei dem der primäre Kolben (4) und der sekundäre Kolben (25) im wesentlichen koaxial zueinander liegen.
  29. Einspritzventil nach Anspruch 28, bei dem der Durchmesser des primären Kolbens (4) geringer als der Durchmesser des sekundären Kolbens (25) ist.
  30. Einspritzventil nach einem der Ansprüche 27 bis 29, bei dem beim Gebrauch der Einlaßhub der primären Hochdruckpumpe während des Auslaßhubs der primären Niederdruckpumpe passiert, wobei während des Auslaßhubs der sekundären Niedrigdruckpumpe der Druck des Kraftstoffs in der sekundären Zylinderkammer (23) der sekundären Niedrigdruckpumpe auf einen Wert angehoben wird, der durch den Öffnungsdruck des sekundären Auslaßventils (25) der sekundären Niedrigdruckpumpe vorgegeben ist, wobei das primäre Einlaßventil (8) der primären Hochdruckpumpe in Fluidverbindung mit der sekundären Zylinderkammer (26) der sekundären Niedrigdruckpumpe und des darin unter Druck gesetzten Kraftstoffs steht.
  31. Einspritzventil nach einem der Ansprüche 25 bis 30, bei dem beim Gebrauch eine vorbestimmte Bewegung des Plungers (2) das Volumen an Kraftstoff, das durch die sekundäre Niedrigdruckpumpe verdrängt wird, erheblich größer als das Volumen an Kraftstoff ist, das durch die primäre Hochdruckpumpe verdrängt wird, wobei als eine Folge während des Einlaßhubs der primären Hochdruckpumpe und des Auslaßhubs der sekundären Niedrigdruckpumpe nur ein Teil des Kraftstoffs, der von der sekundären Niedrigdruckpumpe gepumpt wird, in die primäre Hochdruckpumpe gesaugt wird, wobei Überschußkraftstoff, der von der sekundären Niedrigdruckpumpe gepumpt wird, durch das sekundäre Auslaßventil (25) der sekundären Niedrigdruckpumpe geleitet wird, um die Erzeugung eines Nettoüberdrucks während des Einlaßhubs der primären Hochdruckpumpe zu ermöglichen, wie er durch den Öffnungsdruck des sekundären Auslaßventils der sekundären Niedrigdruckpumpe vorgegeben ist.
  32. Einspritzventil nach einem der Ansprüche 25 bis 31, bei dem das Einspritzventil (4) das primäre Einlaßventil (8) der primären Hubpumpe in dem Plunger (2) enthalten kann.
  33. Verfahren zum Detektieren der Stellung eines bewegbaren Plungers (2) eines Einspritzventils (1), das ein elektrisches Stellglied mit einer Magnetspule (3) und dem bewegbaren Plunger (2), eine Pumpenanordnung mit Kolbenmitteln, die durch das elektrische Stellglied bewegbar sind, und Überwachungsmittel (10) zum Kontrollieren der ausgegebenen Kraftstoffmenge umfaßt, wobei das Verfahren zuerst das Bewegen des Plungers (2) und der Kolbenmittel unter Verwendung der Magnetspule umfaßt, und dadurch gekennzeichnet ist, daß das Verfahren weiter das Überwachen der Änderung in den elektrischen Eigenschaften der Magnetspule (3) umfaßt, das durch die Änderung in der Stellung des Plungers (2) in der Magnetspule (3) bewirkt wird, um die Stellung des Plungers (2) bereitstellen.
  34. Verfahren zum Detektieren der Stellung eines bewegbaren Plungers nach Anspruch 33, bei dem das Verfahren die Analyse der Stellung des Plungers (2) durch die Überwachungsmittel (10) und die Verwendung der Analyse zum Kontrollieren der von dem Einspritzventil (1) ausgegebenen Kraftstoffmenge umfaßt.
Es folgen 2 Blatt Zeichnungen






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