Die vorliegenden Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erzeugung wenigstens eines Signals, das wiedergibt, ob ein Einspritzventil, das auf ein Einspritzsignal zur Einspritzung von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine geöffnet wird, auf ein Einspritzsignal hin zur Einspitzung geöffnet wurde, sowie Mittel zur Durchführung des Verfahrens, insbesondere ein Einspritzventil und eine Einspritzanlage.

In der Druckschrift DE 24 01 535 A1 wird ein Verfahren zur Bestimmung des Einspritzbeginns von Kraftstoff bei Einspritzbrennkraftmaschinen unter Bestimmung eines Druckanstiegs im Kraftstoff mit Hilfe eines Druckgebers offenbart, der ein Signal liefert, insbesondere unter Zuhilfenahme einer Stroboskoplampe, die ein Lichtsignal auf eine Markierung auf einem umlaufenden Teil der Einspritzbrennkraftmaschine wirft, mit einer Einspritzdüse, bei der bei Einspritzbeginn eine Düsennadel oder ein mit ihr verbundenes Teil eine Leckölmenge in einem Leckölraum verdrängt.

Zur Einspritzung von Kraftstoff in den Brennraum oder die Brennräume einer Brennkraftmaschine werden Einspritzventile, unter denen im Folgenden auch Injektoren verstanden werden, verwendet, die auf ein Einspritzsignal hin für eine vorgegebene Zeit geöffnet werden und dabei eine vorgegebene Menge an Kraftstoff aus einer Kraftstoffzuleitung in den Brennraum einspritzen sollen. Insbesondere bei Common-Rail-Systemen steht der Kraftstoff in der Kraftstoffzuleitung unter Hochdruck, so dass im Prinzip ein gesteuertes Öffnen des Einspritzventils genügt, um Kraftstoff in den Brennraum einzuspritzen.

Nach Ansteuerung eines Einspritzventils durch ein Einspritzsignal zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum ist jedoch unbekannt, ob tatsächlich das Einspritzventil geöffnet worden und eine der Ansteuerung entsprechende Einspritzung von Kraftstoff in den Brennraum erfolgt ist.

Eine Rückmeldung darüber, ob das Einspritzsignal tatsächlich geöffnet wurde, und vorzugsweise auch darüber, wann und/oder wie lange dieses geöffnet worden ist, wäre daher wünschenswert, um die Ansteuerung des Einspritzventils dementsprechend anpassen zu können bzw. einen Defekt des Einspritzventils erkennen zu können. Insbesondere könnte die Brennkraftmaschine in ihren Laufeigenschaften besser abgestimmt werden, wenn der genaue Beginn der Einspritzung genau erkannt werden kann.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, das dazu verwendet werden kann, um festzustellen, ob ein Einspritzventil wenigstens eines Typs auf ein Einspritzsignal hin zur Einspritzung geöffnet wurde, sowie Mittel zur Durchführung des Verfahrens bereitzustellen.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Erzeugung wenigstens eines Signals, das wiedergibt, ob ein Einspritzventil, das auf ein Einspritzsignal zur Einspritzung von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine geöffnet wird und bei der Einspritzung Kraftstoff als Leckagekraftstoff in eine Leckagekraftstoffleitung abgibt, auf ein Einspritzsignal hin zur Einspitzung geöffnet wurde, bei dem eine Abgabe von Leckagekraftstoff durch das Einspritzventil in die Leckagekraftstoffleitung unter Bildung des Signals detektiert wird.

Das Verfahren ist zur Verwendung mit wenigstens einem Einspritzventil eines vorgegebenen Typs vorgesehen, nämlich einem Einspritzventil, das auf ein Einspritzsignal zur Einspritzung von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine geöffnet wird und bei der Einspritzung Kraftstoff als Leckagekraftstoff in eine Leckagekraftstoffleitung abgibt. Ein solches Einspritzventil kann insbesondere einen Kraftstoffzufluss, einen Ventilkörper mit einem mit dem Kraftstoffzufluss verbundenen Einspritzkanal, der wenigstens eine Einspritzöffnung zu dem Brennraum besitzt, und einen Verschlusskörper, mittels dessen die wenigstens eine Einspritzöffnung in Abhängigkeit von dem Einspritzsignal geöffnet oder geschlossen werden kann, umfassen. Dabei kann zur Bewegung des Verschlusskörpers ein Aktor und ein durch den Aktor zu betätigendes, mit dem Kraftstoffzulauf verbundenes Steuerventil vorgesehen sein, das bei Öffnung einen kleinen Teil des unter Hochdruck stehenden Kraftstoffs aus dem Kraftstoffzulauf als Leckagekraftstoff in die Leckagekraftstoffleitung ableitet und damit eine Bewegung des Verschlusskörpers durch den unter Hochdruck stehenden Kraftstoff erlaubt oder den unter Hochdruck stehenden Kraftstoff von der Leckagekraftstoffleitung abtrennt und damit eine Bewegung des Verschlusskörpers ein Verschließen der Einspritzöffnung bewirkt.

Unter der Leckagekraftstoffleitung wird dabei insbesondere die Leitung von dem Abschnitt des Einspritzventils, in den der Leckagekraftstoff, insbesondere also Kraftstoff, der nicht mehr unter Hochdruck steht, eintritt, bis zu einem Kraftstoffauffang- oder -vorratsbehälter oder einer erster Verzweigung zu einem anderem Kraftstoffrücklauf verstanden. Verfügt das Einspritzventil über ein Steuerventil, das zur Einspritzung betätigt wird, kann die Leckagekraftstoffleitung unmittelbar hinter dem Steuerventil beginnen.

Ein Grundgedanke der vorliegenden Erfindung liegt darin, die Abgabe des Leckagekraftstoffs zu detektieren, die auf eine Bewegung des Verschlusskörpers und damit ein Öffnen des Einspritzventils zurückschließen lässt, und dabei ein entsprechendes Signal zu bilden.

Das eigentlich nicht erwünschte Nebenprodukt der Einspritzung, der Leckagekraftstoff, kann so noch zur Detektion der Einspritzung genutzt werden. Dazu ist kein komplizierter Aufbau des Einspritzventils notwendig, so dass die Detektion mit sehr einfachen Mitteln erfolgen kann.

Die Detektion kann an verschiedenen Orten der Leckagekraftstoffleitung detektiert werden. Dabei kann eine Detektion an nur einer Stelle oder an mehreren Stellen der Leckagekraftstoffleitung erfolgen, so dass die folgenden Varianten alternativ oder in Kombination eingesetzt werden können.

So kann bei dem Verfahren die Detektion in einem Abschnitt der Leckagekraftstoffleitung erfolgen, der durch einen Leckagekraftstoffkanal in dem Einspritzventil gebildet wird. Die Aufgabe wird daher auch durch ein Einspritzventil mit einem integrierten Leckagekraftstoffkanal gelöst, in den bei funktionsfähigem Einspritzventil bei einer Einspritzung von Kraftstoff aus einer Hochdruckleitung, insbesondere in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine, ein Teil des Kraftstoffs als Leckagekraftstoff abgegeben wird, das eine Erfassungseinrichtung zur Erfassung einer Abgabe von Kraftstoff durch das Einspritzventil in den Leckagekraftstoffkanal unter Bildung eines Erfassungssignals aufweist, aus dem ermittelbar ist, ob Kraftstoff mittels des Einspritzventils eingespritzt wurde. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass zum einen einfach die Funktion des Einspitzventils direkt überwacht werden kann und dass zum anderen die Detektion der Abgabe des Leckagekraftstoffs einfacher detektiert werden kann, da durch die Abgabe hervorgerufene Änderungen in der Leckagekraftstoffleitung, die den Kanal umfasst, in dem Kanal ausgeprägter sind als in einiger Entfernung von dem Einspritzventil.

Weiter kann bei dem Verfahren die Detektion in einem mit einem Leckagekraftstoffkanal in dem Einspritzventil verbundenen Abschnitt der Leckagekraftstoffleitung erfolgen. Die Aufgabe wird daher auch gelöst durch eine Einspritzanlage für eine Brennkraftmaschine mit wenigstens einem Einspritzventil mit einem Leckagekraftstoffkanal, der mit einem Leckagekraftstoffleitungsabschnitt verbunden ist, in den bei funktionsfähigem Einspritzventil bei einer Einspritzung von Kraftstoff aus einer Hochdruckleitung ein Teil des Kraftstoffs abgegeben wird, insbesondere dem in dem vorhergehenden Absatz erwähnten Einspritzventil, und einer Erfassungseinrichtung zur Erfassung einer Abgabe von Kraftstoff durch das Einspritzventil in den Leckagekraftstoffleitungsabschnitt unter Bildung eines Erfassungssignals, aus dem ermittelbar ist, ob Kraftstoff mittels des Einspritzventils eingespritzt wurde. Die Leckagekraftstoffleitung dient dabei zur Rückführung des Leckagekraftstoffs in den Kraftstoffbehälter. Diese Variante bietet den Vorteil, dass beliebige, beispielsweise bekannte Einspritzventile, die bei der Einspritzung Leckagekraftstoff abgeben, verwendet werden können. Da bei Verwendung von Einspritzventilen ohne Erfassungseinrichtung keine Signalverbindungen von den Einspritzventilen zu einer die Signale auswertenden Einrichtung notwendig sind, kann darüber hinaus der Raumbedarf für Kabel im Bereich der Einspritzventile besonders gering gehalten werden.

Dabei kann bei einer Variante des Verfahrens die Detektion in einem Abschnitt der Leckagekraftstoffleitung erfolgen, der durch eine Einspritzung abgegebenen Leckagekraftstoff nur von dem Einspritzventil führt. Bei der Einspritzanlage ist dann vorzugsweise die Erfassungseinrichtung an einer Stelle des Leckagekraftstoffleitungsabschnitts angeordnet, die zwischen dem Einspritzventil und einer dem Einspritzventil nächsten Verzweigung der Leckagekraftstoffleitung oder deren Ende angeordnet ist. Damit wird im Wesentlichen nur der von dem einen bzw. einzelnen Einspritzventil abgegebene Leckagekraftstoff detektiert, so dass in vorteilhafter Weise die Funktion dieses einen Einspritzventils einfach geprüft werden kann.

Alternativ kann bei dem Verfahren die Detektion in einem Abschnitt der Leckagekraftstoffleitung erfolgen, in den durch Einspritzung abgegebener Leckagekraftstoff von wenigstens zwei Einspritzventilen abgegeben wird. Bei der Einspritzanlage, die in diesem Fall über wenigstens zwei Einspritzventile, die bei einer Einspritzung Leckagekraftstoff abgeben, verfügt, ist dann vorzugsweise die Erfassungseinrichtung an einer Stelle des Leckagekraftstoffleitungsabschnitts angeordnet ist, in den wenigstens zwei Einspritzventile Leckagekraftstoff durch ihre Leckagekraftstoffleitungsabschnitte abgeben. Diese Ausführungsform bietet den Vorteil, dass nicht für jedes Einspritzventil eine Erfassungseinrichtung vorgesehen zu werden braucht. Besonders bevorzugt ist die Erfassungseinrichtung so angeordnet, dass mittels dieser die Abgabe von Leckagekraftstoff durch alle Einspritzventile der Einspritzanlage detektiert werden kann, da die Einspritzungen in Brennkraftmaschinen nacheinander erfolgen.

Um eine Zuordnung der Abgabe von Leckagekraftstoff zu einem der wenigstens zwei Einspritzventile zu ermöglichen, ist es beim Verfahren dann vorteilhaft, dass die Detektion in Abhängigkeit von Einspritzsignalen oder diesen entsprechenden Einspritzzeitpunkten erfolgt. Insbesondere kann nach Abgabe eines Einspritzsignals an eines der Einspritzsignale die unmittelbar folgende Abgabe von Leckagekraftstoff detektiert und dem jeweiligen Einspritzventil zugeordnet werden. Hierzu kann bei der Einspritzanlage eine entsprechende Auswerteeinrichtung vorgesehen sein, die eine entsprechende Zuordnung leistet.

Grundsätzlich ist es denkbar, dass nicht jede Abgabe von Leckagekraftstoff einer gewünschten Einspritzventilöffnung bzw. Einspritzung entspricht, beispielsweise weil das Einspritzventil nur unvollständig geöffnet wurde. Es ist daher beim Verfahren vorteilhaft, dass das erzeugte Signal erfasst wird und auf der Basis dieses Signals geprüft wird, ob eine Öffnung des Einspritzsignals stattgefunden hat, und in Abhängigkeit von dem Ergebnis der Prüfung ein Erfolgssignal und/oder ein Fehlersignal erzeugt wird. Die Einspritzanlage weist dazu vorzugsweise eine mit der Erfassungseinrichtung über eine Signalverbindung verbundene Auswerteeinrichtung auf, die das gebildete Erfassungssignal unter Bildung eines Erfolgs- und/oder Fehlersignals auswertet, das wiedergibt, ob das Einspritzventil auf ein Einspritzsignal geöffnet wurde, und insbesondere auf der Basis des Signals prüft, ob eine Öffnung des Einspritzsignals stattgefunden hat und in Abhängigkeit von dem Ergebnis der Prüfung das Erfolgssignal und/oder ein Fehlersignal erzeugt. Dies hat den Vorteil, dass ein einfach zu überwachendes Signal gebildet wird.

Weiter kann das Erfolgssignal so gebildet werden, dass es den zeitlichen Einspritzbeginn und/oder das zeitliche Einspritzende der Einspritzung wiedergibt, wozu es vorzugsweise in Echtzeit bzw. allenfalls mit einer bekannten Zeitverzögerung gebildet wird.

Die Abgabe von Leckagekraftstoff kann auf unterschiedliche Art und Weise detektiert werden. So kann bei dem Verfahren zur Detektion eine Menge und/oder ein Volumen des bei der Einspritzung in die Leckagekraftstoffleitung eingeleiteten Leckagekraftstoffs erfasst werden, wobei das Signal in Abhängigkeit von der erfassten Menge bzw. dem erfassten Volumen gebildet wird. Bei dem Einspritzventil bzw. der Einspritzanlage umfasst die Erfassungseinrichtung dazu vorzugsweise eine Einrichtung zur Erfassung einer Kraftstoffmenge und/oder eines Kraftstoffvolumens. Diese Ausführungsform hat den Vorzug, dass aus der erfassten abgegebenen Leckagekraftstoffmenge auf die Ventilöffnungszeit zurückgeschlossen werden kann.

Es ist jedoch auch möglich, dass bei dem Verfahren zur Detektion an wenigstens einer Stelle der Leckagekraftstoffleitung eine Eigenschaft oder Eigenschaftsänderung des Leckagekraftstoffs in der Leckagekraftstoffleitung erfasst wird, wobei das Signal in Abhängigkeit von der erfassten Eigenschaft oder Eigenschaftsänderung gebildet wird. Bei dem Einspritzventil bzw. der Einspritzanlage ist dazu die Erfassungseinrichtung vorzugsweise zur Erfassung einer Eigenschaft oder Eigenschaftsänderung des Leckagekraftstoffs unter Bildung des Erfassungsignals in Abhängigkeit von der erfassten Eigenschaft oder Eigenschaftsänderung ausgebildet. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass einfache Erfassungseinrichtungen verwendet werden können. Insbesondere können Erfassungseinrichtungen verwendet werden, die wenigstens eine im thermodynamischen Sinne intensive Eigenschaft oder Eigenschaftsänderung des Leckagekraftstoffs erfassen.

So kann bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens als Eigenschaft der Druck und/oder als Eigenschaftsänderung eine Druckänderung des Leckagekraftstoffs erfasst werden. Bei dem Einspritzventil bzw. der Einspritzanlage weist die Erfassungseinrichtung dazu vorzugsweise als Sensor zur Erfassung der Eigenschaft oder Eigenschaftsänderung einen Sensor zur Erfassung eines Drucks oder einer Druckänderung in dem Leckagekraftstoffkanal bzw. dem Leckagekraftstoffleitungsabschnitt auf. Diese Ausführungsform bietet den Vorteil, dass Drucksensoren sehr schnell arbeiten können und daher die Erfassung der Abgabe von Leckagekraftstoff schnell erfolgen kann. Darüber hinaus können Drucksensoren sehr einfach aufgebaut und robust sein.

Es ist bei dem Verfahren jedoch auch möglich, als Eigenschaft die Temperatur und/oder als Eigenschaftsänderung eine Temperaturänderung des Leckagekraftstoffs zu erfassen. Bei dem Einspritzventil bzw. bei der Einspritzanlage weist die Erfassungseinrichtung dazu vorzugsweise als Sensor zur Erfassung der Eigenschaft oder Eigenschaftsänderung einen Sensor zur Erfassung einer Temperatur oder einer Temperaturänderung in dem Leckagekraftstoffkanal bzw. dem Leckagekraftstoffleitungsabschnitt auf. Hierbei kann insbesondere ausgenutzt werden, dass durch die Abgabe von Leckagekraftstoff eine Kompression stattfindet, die zu einer Temperaturerhöhung des Leckagekraftstoffs führt.

Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird als Eigenschaft eine Geschwindigkeit oder ein Fluss des Leckagekraftstoffs erfasst. Bei dem Einspritzventil bzw. der Einspritzanlage weist die Erfassungseinrichtung dazu vorzugsweise als Sensor zur Erfassung der Eigenschaft oder Eigenschaftsänderung einen Sensor zur Erfassung einer Geschwindigkeit oder eines Flusses des Kraftstoffs in dem Leckagekraftstoffkanal bzw. dem Leckagekraftstoffleitungsabschnitt auf. Eine Erfassung des Leckagekraftstoffflusses, d.h. des Volumens oder der Menge bezogen auf den Leitungsquerschnitt und die Zeit, oder einer Änderung desselben hat den Vorteil, dass diese berührungslos, beispielsweise mittels des Doppler-Effekts, erfolgen kann.

Die im Rahmen der Erfindung verwendeten Einspritzventile können zur Betätigung, insbesondere eines Steuerventils, über einen Aktor verfügen, bei dem es sich um einen elektromagnetischen Aktor, vorzugsweise aber um einen piezoelektrischen Aktor handeln kann.

Die Erfindung eignet sich insbesondere zum Einsatz in Common-Rail-Einspritzanlagen, kann aber auch in jeder anderen Einspritzanlage mit Einspritzventilen verwendet werden, die bei der Einspritzung Leckagekraftstoff abgegeben.

Die Erfindung wird im Folgenden noch näher an Hand der schematischen Zeichnung erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine mit einer Einspritzanlage nach einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,

2 einen Längsschnitt durch einen Injektor der Einspritzanlage in 1,

2A eine Vergrößerung des Injektors aus 2 im Bereich um die Steuerkammer

2B eine Vergrößerung des Injektors aus 2 im Bereich der Einspritzöffnung

3 eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine mit einer Einspritzanlage nach einer dritten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,

4 eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine mit einer Einspritzanlage nach einer fünften bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, und

5 einen Längsschnitt durch ein Einspritzventil nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in der Einspritzanlage in 4.

5A eine Vergrößerung des Injektors aus 5 im Bereich um die Steuerkammer

5B eine Vergrößerung des Injektors aus 5 im Bereich der Einspritzöffnung

In 1 umfasst eine Antriebseinheit eine Brennkraftmaschine 1, im Beispiel einen Dieselmotor, einen Treibstofftank 2 zur Speicherung von Kraftstoff für die Brennkraftmaschine 1, und eine Einspritzanlage 3, im Beispiel eine Common-Rail-Einspritzanlage, und ein Steuergerät 4 zur Ansteuerung der Einspritzanlage 3 und anderer Einrichtungen zum Betrieb der Brennkraftmaschine 1, die der Übersichtlichkeit halber in den Figuren nicht gezeigt sind.

Die Brennkraftmaschine 1 ist im Ausführungsbeispiel ein Dieselmotor mit mehreren Zylindern bzw. Brennräumen 5, die jeweils gleich ausgebildet sind.

Die Einspritzanlage 3 ist – bis auf eine im Folgenden genauer geschilderte Erfassungseinrichtung – im Ausführungsbeispiel eine Common-Rail-Einspritzanlage mit einer Förderpumpe 6 zur Förderung von Kraftstoff aus dem Treibstofftank 2, die über einen Zufuhrleitungsabschnitt mit einer Hochdruckpumpe 7 verbunden ist, die wiederum den zugeführten Kraftstoff auf einen vorgegebenen Hochdruck bringt und einem Hochdruck- bzw. Rail-Rohr 8 zuführt. Von dem Rail-Rohr 8 führen Hochdruckleitungsabschnitte zu Einspritzventilen 9 der Einspritzanlage 3. Die Einspritzventile 9 sind so in der Brennkraftmaschine 1 befestigt, dass in jeden der Brennräume 5 eines der Einspritzventile 9 unter Hochdruck stehenden Kraftstoff zur späteren Verbrennung einspritzen kann.

Zur Regelung des Druck in der Hochdruckleitung von der Hochdruckpumpe 7 zu den Einspritzventilen 9, insbesondere dem Rail-Rohr 8, dient ein Drucksensor 10, der – in den Figuren der Übersichtlichkeit halber nicht gezeigt – mit dem Steuergerät 4 verbunden ist, das zur Regelung des Drucks in der Hochdruckleitung über entsprechende, ebenfalls nicht gezeigte Steuerverbindungen mit der Förderpumpe 6 und der Hochdruckpumpe 7 verbunden ist.

Die Einspritzventile 9 gemäß ersten Ausführungsbeispiels, verfügen jeweils über einen Leckagekraftstoffkanal 11, der jeweils mit einem ventilseitigen Abschnitt 12 einer Leckagekraftstoffleitung 13 verbunden ist, in den bei funktionsfähigem Einspritzventil 9 bei einer Einspritzung von Kraftstoff aus dem jeweiligen ventilseitigen Abschnitt 12 ein Teil des Kraftstoffs als Leckagekraftstoff abgegeben wird.

Die ventilseitigen Abschnitte 12 münden in einen Sammelabschnitt 14 der Leckagekraftstoffleitung 13, der über eine Verzweigung, in die eine Überdruckleitung 15 von der Hochdruckpumpe 7 führt, zu dem Treibstofftank 2 führt.

2 zeigt einen Längsschnitt durch einen Einspritzventil 9. 2A zeigt eine Vergrößerung des in 2 abgebildeten Einspritzventils 9 im Bereich um die Steuerkammer 28. 2B zeigt eine Vergrößerung des in 2 abgebildeten Einspritzventils 9 im Bereich der Einspritzöffnung 20.

In einem Ventilkörper 16 führt ein mit dem Rail-Rohr 8 verbundener Hochdruckzulauf 17 in eine Hochdruckkammer 18, die als Erweiterung in einem einen Innenraum bildenden Längskanal 19 in dem Ventilkörper 16 ausgebildet ist. Von der Hochdruckkammer 18 führt ein durch einen Abschnitt des Längskanals 19 gebildeter Einspritzkanal zu Einspritzventilöffnungen, von denen in den Figuren nur die Einspritzöffnung 20 sichtbar ist. In dem Einspritzkanal ist ein Verschlusskörper 21, eine Düsennadel, parallel zur Längsrichtung des Längskanals 19 zwischen einer Schließ- und einer Öffnungsstellung beweglich geführt. Der Durchmesser des Verschlusskörpers 21 ist dabei so gewählt, dass dieser bei Beweglichkeit in dem Längskanal 19 diesen in dem Abschnitt, der von den Einspritzöffnungen gesehen hinter der Hochdruckkammer 18 angeordnet ist, möglichst gut gegen Kraftstoffdurchtritt abdichtet, wobei jedoch eine geringe Menge an Kraftstoff zur Schmierung zwischen Verschlusskörper 21 und den Wänden des Längskanals 19, d.h. der Führung des Verschlusskörpers 21, von der Hochdruckkammer über einen Rücklaufkanal 37 abgeleitet werden kann.

In dem Längskanal 19 ist eine zweiteilige Stößelanordnung 22 angeordnet, die dazu dient, Kräfte auf den Verschlusskörper 21 entlang der Längsrichtung des Längskanals 19 auszuüben. Eine rückstellenden Einrichtung in Form einer Schraubenfeder 23, die sich mit einem Ende an einer Schulter 24 in dem Längskanal 19 und mit einem anderen Ende an einem verschlusskörperseitigen Element 25 der Stößelanordnung 22 abstützt, dient dazu, auf den Verschlusskörper 21 eine Kraft entlang des Längskanals 19 in Richtung auf die Einspritzöffnungen, d.h. in Schließrichtung, auszuüben.

Im in 2 oberen Teil des Einspritzventils 9 ist ein Steuerventil 26 angeordnet, das dazu dient, über die Stößelanordnung 22 mit Hilfe des unter Hochdruck stehenden Kraftstoffs Kräfte in Längsrichtung des Längskanals 19 auf den Verschlusskörper 21 auszuüben.

Genauer umfasst das Steuerventil 26 eine durch eine Erweiterung des Längskanals 19 gebildete, über einen Verbindungskanal 27 kleinen Querschnitts mit dem Hochdruckzulauf 17 verbundene Steuerkammer 28, in der ein Ende der Stößelanordnung 22 liegt und die über einen engen Durchlass in eine weitere Kammer 29 führt, die wiederum durch eine Steuerventilöffnung 30 mit einem Endabschnitt des Längskanals 19 verbunden ist, der in einen Leckagekraftstoffkanal 31 mündet, der mit dem ventilseitiger Leckagekraftstoffleitungsabschnitt 12 verbunden ist und zusammen mit den bereits erwähnten Abschnitten der Leckagekraftstoffleitung die Leckagekraftstoffleitung 13 bildet. Da der Treibstofftank 2 nicht unter erhöhtem Druck steht, herrscht in der Leckagekraftstoffleitung 13 kein Hochdruck, sondern Niederdruck, d.h. ein Druck bis zu maximal 10 bar.

In den Leckagekraftstoffkanal 31 mündet ebenfalls die Rücklaufleitung 37.

Zum Öffnen und Schließen der Steuerventilöffnung 30 dient ein pilzförmiger Steuerventilverschlusskörper 32, der durch eine sich an einer Schulter der weiteren Kammer abstützenden Steuerventilfeder 33 als rückstellendem Element in Richtung der Steuerventilöffnung 30 gedrückt wird, und auf den mittels eines Steuerventilstößels 34, der über ein nicht in allen Ausführungsformen notwendiges Koppelelement in Form eines Hebels 35 mit einem piezo-elektrischen Aktor 36 gekoppelt ist, eine steuerventilöffnende Kraft in Richtung auf die Steuerventilfeder 33 ausgeübt werden kann.

Der Aktor 36 jedes der Einspritzventile 9 ist über eine Signalleitung mit dem Steuergerät 4 verbunden, so dass dieses durch Abgabe entsprechender Signale den jeweiligen Aktor 36 und damit das Steuerventil 26 betätigen kann. In den Figuren sind die Signalleitungen der Übersichtlichkeit halber durch nur eine Linie dargestellt, tatsächlich kann die Steuereinrichtung 4 jedoch jedes der Einspritzventile 9 getrennt ansteuern.

Das Einspritzventil 9 arbeitet folgendermaßen:

Bei geschlossenem Zustand befindet sich in dem mit dem Rail-Rohr 8 verbundenen Hochdruckzulauf 17 Kraftstoff unter Hochdruck, d.h. einem geeigneten Druck größer als 20 bar.

Der Aktor 36 ist nicht angesteuert, so dass das Steuerventil 26 geschlossen ist. Denn sowohl die Steuerventilfeder 33 als auch der hydrostatische Druck in dem Kraftstoff in der Steuerkammer 28 und der weiteren Kammer 29, die mit dem Hochdruckzulauf 16 verbunden sind, pressen den Steuerventilverschlusskörper 32 an den Rand der Steuerventilöffnung 30, so dass diese geschlossen ist.

Der Verschlusskörper 21 ist gegen den Rand der Einspritzöffnungen 20 gepresst und verschließt diese. Dabei wirken auf den Verschlusskörper 21 zwei sich überlagernde Kräfte. Da die Einspritzöffnungen 20 verschlossen sind, steht der Kraftstoff in dem Hochdruckzulauf 17, der Hochdruckkammer 18 und der Steuerkammer 28 sowie dem Einspritzkanal unter Hochdruck. Dieser Hochdruck erzeugt auf den Verschlusskörper 21 eine Kraft F2, die in 2 nach oben, d.h. in Richtung einer Öffnungsbewegung des Verschlusskörpers 21 wirkt. Dieser Kraft F2 entgegen wirkt eine Kraft F1, die durch die Wirkung des Hochdrucks in dem Kraftstoff in der Steuerkammer 28 auf die Fläche des dort liegenden Endes der Stößelanordnung 22 ausgeübt wird. Die Größe der dem hydrodynamischen Druck des Kraftstoffs ausgesetzten Flächen des Verschlusskörpers 21 und der Stößelanordnung 22, die eine Normale parallel zur der Bewegungsrichtung des Verschlusskörpers 21 bzw. der Längsrichtung des Längskanals 19 aufweisen, ist so gewählt, dass bei geschlossenem Einspritzventil der Betrag der Kraft F1 größer als der der Kraft F2 ist, so dass in Summe eine schließende, in 2 nach unten weisende Kraft auf den Verschlusskörper 21 ausgeübt wird und die Einspritzöffnungen 20 geschlossen sind. In anderen Ausführungsbeispielen kann durch entsprechende Auslegung der rückstellenden Einrichtung 23 noch eine durch diese ausgeübte Kraft in gleicher Richtung wie die Kraft F2 über die Stößelanordnung 22 auf den Verschlusskörper 21 wirken.

Zum Öffnen des Einspritzventils 9 wird der Aktor 36 durch Abgabe eines entsprechenden Signals an diesen betätigt, so dass dieser über das Koppelelement 35 den Steuerventilstößel 34 in Richtung auf den Steuerventilverschlusskörper 32 zu bewegt und diesen gegen die auf diesen wirkenden Kräfte von der Steuerventilöffnung 30 fortbewegt, so dass das Steuerventil 26 unter Spannung der Steuerventilfeder 33 geöffnet wird.

Es fließt nun durch den Druckunterschied zwischen dem Hochdruckzulauf 17 und der Leckagekraftstoffleitung 13 eine geringe Menge an Kraftstoff als Leckagekraftstoff aus der Steuerkammer 28 und der weiteren Kammer 29 in den Leckagekraftstoffkanal 31 und damit die Leckagekraftstoffleitung. Da der Querschnitt des Verbindungskanals 27 hinreichend klein gewählt ist, kann gleichzeitig in kurzer Zeit nicht genug unter Hochdruck stehender Kraftstoff in die Steuerkammer 28 gelangen, um den Kraftstoffverlust darin auszugleichen, so dass der Druck in der Steuerkammer 28 zunächst schnell fällt.

Durch den fallenden Druck in der Steuerkammer 28 nimmt auch die Kraft F1 soweit ab, dass sie betragsmäßig die Kraft F2 unterschreitet. Dadurch weist die Summe der Kräfte F1 und F2 auf den Verschlusskörper 21 in Richtung der Kraft F2, so dass dieser von den Einspritzöffnungen weg bewegt wird und das Einspritzventil 9 geöffnet wird.

Zum Schließen des Einspritzventils 9 wird der Aktor 36 nicht mehr betätigt, so dass die als rückstellendes Element wirkende Steuerventilfeder 33 den Steuerventilverschlusskörper 32 auf den Rand der Steuerventilöffnung 30 presst und diese damit schließt. Dadurch kann sich in einer durch den Querschnitt des Verbindungskanals 27 bestimmten Zeitskala aufgrund des Hochdrucks in dem Hochdruckzulauf 17 in der Steuerkammer 28 wieder ein Druck in Höhe des Hochdrucks in dem Rail-Rohr 8 aufbauen, der zusammen mit der Kraft der gespannten rückstellenden Einrichtung 23, d.h. der Schraubenfeder 23, die Stößelanordnung 22 und damit den mit dieser gekoppelten Verschlusskörper 21 in die Ausgangsstellung bewegt, in der dieser die Einspritzöffnungen verschließt.

Insgesamt wird also bei einer Einspritzung durch das Einspritzventil 9 grundsätzlich Leckagekraftstoff in die Leckageleitung 13, d.h. den Leckagekraftstoffkanal 31 und die folgenden Abschnitte 12 und 14 abgegeben.

Bei Motorstillstand werden der Steuerventilverschlusskörper 32 und der Verschlusskörper 21 durch die Steuerventilfeder 33 bzw. das rückstellende Element 23 auf die Steuerventilöffnung 30 bzw. die Einspritzöffnungen gepresst und verschließen diese.

Die Einspritzanlage 3 verfügt zur Überwachung der Funktion der Einspritzventile 9 weiterhin über eine Erfassungseinrichtung 38 zur Erfassung einer Eigenschaft bzw. Eigenschaftsänderung des Leckagekraftstoffs in der Leckagekraftstoffleitung unter Bildung eines Erfassungssignals in Abhängigkeit von der erfassten Eigenschaft oder Eigenschaftsänderung, die einen Drucksensor 38 zur Erfassung eines Drucks bzw. einer Druckänderung des Leckagekraftstoffs in dem Sammelabschnitt 14 der Leckagekraftstoffleitung 13. Die Erfassungseinrichtung 38 ist somit in einem Abschnitt der Lackagekraftstoffleitung 13 angeordnet, in die alle Einspritzventile 9 Leckagekraftstoff abgeben und die stromaufwärts der Verzweigung zu der Überdruckleitung 15 von der Hochdruckpumpe 7 angeordnet ist.

Die Erfassungseinrichtung 38 ist zur Übertragung von Erfassungssignalen über eine Signalverbindung mit dem Steuergerät 4 verbunden, das als Auswerteeinrichtung zur Auswertung der Erfassungssignale dient.

Insbesondere ist das Steuergerät 4 so ausgebildet, dass es zum normalen Betrieb der Brennkraftmaschine 1 entsprechend einem Steuerverfahren zunächst für eines der Einspritzventile 9 ein Einspritzsignal abgibt, damit dieses eine Einspritzung von Kraftstoff in den entsprechenden Brennraum 5 durchführt. Das Steuergerät 4 ist dann weiterhin so ausgebildet, dass es ein von der Erfassungseinrichtung 38 darauf gebildete Erfassungssignal, das in diesem Ausführungsbeispiel den zeitlichen Druckverlauf in dem Leckagekraftstoff in dem Sammelabschnitt 14 wiedergibt, unter Bildung eines Signals, das wiedergibt, ob das Einspritzventil 9 auf ein Einspritzsignal hin zur Einspritzung geöffnet wurde, auswertet.

Genauer wird bei der Einspritzung, wie beschrieben, von dem angesteuerten Einspritzventil 9 Leckagekraftstoff in die Leckagekraftstoffleitung 13 und insbesondere den Sammelabschnitt 14 abgegeben, was zu einem pulsähnlichem Druckverlauf im Bereich des Sammelabschnitts 14 führt, den das Signal der Erfassungseinrichtung 38 wiedergibt. Das Steuergerät 4 ermittelt nun die zeitliche Lage der Anstiegsflanke des Signals und den zeitlichen Abstand zu dem gewünschten Einspritzzeitpunkt. Unterscheidet sich der zeitliche Abstand um weniger als eine vorgegebene Maximalabweichung von einem vorgegebenen Abstandswert, wird ein Erfolgssignal gebildet, das eine erfolgreiche Bewegung des Verschlusskörpers 21 und damit eine erfolgreiche Einspritzung anzeigt. Dieses Erfolgssignal kann in dem Steuergerät 4 weiterverarbeitet werden. Andernfalls wird ein Fehlersignal gebildet.

Eine zweite bevorzugte Ausführungsform unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel nur in der Art der Auswertung des Signals. Die Erfassungseinrichtung 38 dient hier als Einrichtung zur Erfassung einer Eigenschaft des Leckagekraftstoffs in dem Sammelabschnitt 14.

Das Steuergerät ist nun so ausgebildet, dass zur Festlegung des Zeitpunkts der Einspritzung nicht die zeitliche Lage der Flanke des pulsähnlichen Drucksignals verwendet wird, sondern die zeitliche Lage des Maximums. Zusätzlich zu der Prüfung des zeitlichen Abstands kann dann die Höhe des Maximums dazu herangezogen werden, abzuschätzen, ob die Einspritzung auch vollständig erfolgt ist, ob also das Steuerventil voll geöffnet wurde.

In anderen Ausführungsbeispielen kann der Zeitpunkt auch durch das erstmalige Überschreiten eines Mindestdrucks festgelegt werden.

Eine dritte bevorzugte Ausführungsform in 3 unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel allein darin, dass nun in jedem der ventilseitigen Leckagekraftstoffleitungsabschnitte 12 jeweils eine Erfassungseinrichtung 38 angeordnet ist, die wie die Erfassungseinrichtung in dem ersten Ausführungsbeispiel ausgebildet sind. Für alle anderen Teile werden daher die gleichen Bezugszeichen wie im ersten Ausführungsbeispiel verwendet und es gelten die Ausführungen zu diesen im ersten Ausführungsbeispiel auch hier analog.

Damit ist für jeden Brennraum 5 eine Erfassungseinrichtung an einer Stelle des jeweiligen Leckagekraftstoffleitungsabschnitts 12 angeordnet, die zwischen dem Einspritzventil 9 für den Brennraum 5 und einer dem Einspritzventil 9 nächsten Verzweigung der Leckagekraftstoffleitung 13 oder deren Ende angeordnet ist. Die Erfassungseinrichtungen 38 sind nun so mit dem Steuergerät 4 über Signalverbindungen verbunden, dass deren Erfassungssignale von dem Steuergerät 4 getrennt ausgewertet werden können.

Die Auswertung erfolgt wie im ersten Ausführungsbeispiel, wobei nun jedoch die Zuordnung von Erfassungssignalen zu Einspritzsignalen und damit Einspritzventilen einfacher erfolgen kann, da für jedes Erfassungssignal bekannt ist, von welchem Einspritzventil es ausgelöst wurde.

Bei einer vierten bevorzugten Ausführungsform wird die Einspritzanlage des vorhergehenden Ausführungsbeispiels verwendet, wobei jedoch das Auswerteverfahren des zweiten Ausführungsbeispiels durch entsprechende Ausbildung des Steuergeräts 4 verwendet wird.

Eine fünfte bevorzugte Ausführungsform in 4 unterscheidet sich von dem dritten Ausführungsbeispiel allein darin, dass die Erfassungseinrichtungen nun in die Einspritzventile 39 integriert sind. Für alle anderen Teile werden daher die gleichen Bezugszeichen wie im dritten Ausführungsbeispiel verwendet und es gelten die Ausführungen zu diesen im dritten Ausführungsbeispiel auch hier analog.

Von den gleich ausgebildeten Einspritzventilen 39 ist eines in 5 schematisch gezeigt. Es unterscheidet sich von dem Einspritzventil der vorhergehenden Ausführungsbeispiele und insbesondere in 2 allein darin, dass nun die Erfassungseinrichtung 38, im Beispiel der Drucksensor, in dem Leckagekraftstoffkanal 31 angeordnet ist. Ansonsten ist es gleich aufgebaut, so dass für dessen Teile die gleichen Bezugszeichen wie in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen verwendet werden und die Ausführungen zu diesen und deren Funktion auch hier gelten.

Die Auswertung der Erfassungssignale erfolgt wie im dritten Ausführungsbeispiel.

Eine sechste bevorzugte Ausführungsform unterscheidet sich von der fünften Ausführungsform nur dadurch, dass durch entsprechende Ausbildung des Steuergeräts 4 das Auswerteverfahren des vierten Ausführungsbeispiels durchgeführt wird.

Weitere bevorzugte Ausführungsformen unterscheiden sich von den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen darin, dass nun statt des Drucks die Temperatur des Leckagekraftstoffs erfaßt wird, wozu die Erfassungseinrichtung einen Drucksensor und/oder einen Temperatursensor aufweist. Da die Temperatur vorwiegend konvektiv transportiert wird, kann die durch die Einspritzung hervorgerufene Temperaturerhöhung oder -änderung wie die Druckerhöhung bzw. -änderung in dem ersten bis sechsten Ausführungsbeispiel erfolgen. Da die Temperaturerhöhung nicht besonders hoch ist, ist die Anordnung der Erfassungseinrichtung in den Einspritzventilen besonders günstig. Denn im weiteren Verlauf der Leckagekraftstoffleitung sonst auftretende diffusiven Wärmeverluste, die den Temperaturverlauf verfälschen können, treten nun nicht bzw. nur in kleinerem Ausmaß auf.

Noch weitere bevorzugte Ausführungsformen unterscheiden sich von dem ersten bis sechsten Ausführungsbeispiel dadurch, dass nun die Erfassungseinrichtung statt eines Drucksensors einen Flussmesser umfasst, mittels dessen der zeitliche Verlauf des Mengen- oder Volumenflusses bzw. -stroms des Leckagekraftstoffs an der jeweiligen Stelle der Leckagekraftstoffleitung 13 anstatt des Druckverlaufs erfassbar ist. Hierbei kann es sich beispielsweise um ein auf dem Doppler-Effekt beruhenden Sensor handeln. Bei einer Einspritzung ist ähnlich zu dem Druckverlauf in der Leckagekraftstoffleitung 13 ein pulsähnlicher zeitlicher Verlauf des Kraftstoffflusses zu erwarten, so dass die Auswertung der Erfassungssignale entsprechend den ersten bis sechsten Ausführungsbeispielen erfolgen kann.

Darüber hinaus können bei weiteren Ausführungsbeispielen nicht die Leckagekraftstoffflüsse, sondern die Mengen bzw. Volumina des jeweils abgegebenen Leckagekraftstoffs erfasst werden. Hierzu kann beispielsweise eine Sensor nach dem Prinzip des Sensors EMI2 der Firma EFS, 69390 Millery, Frankreich verwendet werden, bei dem die Kraftstoffmenge dadurch erfasst wird, dass sie einen Kolben auslenkt, dessen Auslenkung das Volumen wiedergibt. Die entsprechende Menge kann, soweit gewünscht, durch Multiplikation mit der bekannten Dichte des Kraftstoffs erhalten werden.

Eine weitere Möglichkeit zur Bestimmung der Menge besteht darin, die Kraftstoffmengenabgaberate nach dem Prinzip des Rohrindikators zu ermitteln. Dabei wird die Menge des Leckagekraftstoffs aus dem Integral über den Puls des Druckverlaufs durch Multiplikation mit einem Proportionalitätsfaktor ermittelt.