DE102013210841A1

DE102013210841A1 - Fuel injector and fuel injection system with a fuel injector

Info

Publication number: DE102013210841A1
Application number: DE201310210841
Authority: DE
Inventors: Frank Ulrich Rueckert; Hans-Christoph Magel
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2013-06-11
Filing date: 2013-06-11
Publication date: 2014-12-11
Also published as: WO2014198446A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor (10), mit einem Kraftstoffzulauf (14), einem Einspritzventilglied (17) zum Abgeben von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine, wobei das Einspritzventil (17) über einen Strömungsweg mit dem Kraftstoffzulauf (14) verbunden ist, und mit einem Kraftstoffrücklauf (15). Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass in dem Strömungsweg eine Durchflussmesseinrichtung (30) für den in Richtung des Einspritzventilglieds (17) strömenden Kraftstoff angeordnet ist.The invention relates to a fuel injector (10) with a fuel inlet (14), an injection valve member (17) for dispensing fuel into the combustion chamber of an internal combustion engine, the injection valve (17) being connected to the fuel inlet (14) via a flow path, and with a fuel return (15). According to the invention, a flow measuring device (30) for the fuel flowing in the direction of the injection valve member (17) is arranged in the flow path.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Kraftstoffeinspritzsystem mit wenigstens einem erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektor.The invention relates to a fuel injector according to the preamble of claim 1. Furthermore, the invention relates to a fuel injection system with at least one fuel injector according to the invention.

Ein derartiger Kraftstoffinjektor ist aus dem Stand der Technik bereits bekannt und dient bei selbstzündenden oder fremdgezündeten Brennkraftmaschinen zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine. Der Kraftstoffinjektor weist hierzu ein Einspritzventilglied, üblicherweise in Form einer Düsennadel auf, die beispielsweise elektromagnetisch betätigbar ist. Hierzu ist der Kraftstoffinjektor mit einem Steuergerät gekoppelt, das die Magnetspule in dem Kraftstoffinjektor entsprechend ansteuert, so dass nach dem Abheben des Einspritzventilglieds bzw. der Düsennadel von einem Dichtsitz unter Druck stehender Kraftstoff über wenigstens eine Einspritzöffnung in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt werden kann. Das Steuergerät berechnet die erforderlichen Parameter (Öffnungszeit und Hub) des Einspritzventilglieds und somit eine Soll-Einspritzmenge beispielsweise anhand des Lastwunsches des Fahrers sowie anhand von Umgebungsbedingungen, wie der Temperatur und weiteren Parametern. Um einerseits sicherzustellen, dass stets genügend Kraftstoff zum Einspritzen in den Brennraum zur Verfügung steht, und andererseits temperaturempfindliche Bauteile des Kraftstoffinjektors herabgekühlt werden können, sind derartige bekannte Kraftstoffinjektoren so ausgelegt, dass sie mit mehr Kraftstoff versorgt werden, als dieser zum Einspritzen in den Brennraum benötigt wird. Die Differenzmenge an Kraftstoff wird über einen Kraftstoffrücklaufanschluss in einen Kraftstoffrücklauf des Kraftstoffeinspritzsystems rückgespeist. Such a fuel injector is already known from the prior art and is used in self-igniting or spark-ignited internal combustion engines for injecting fuel into the combustion chamber of an internal combustion engine. For this purpose, the fuel injector has an injection valve member, usually in the form of a nozzle needle, which can be actuated electromagnetically, for example. For this purpose, the fuel injector is coupled to a control device which controls the solenoid in the fuel injector accordingly, so that after lifting the injection valve member or the nozzle needle from a sealing seat under pressure fuel can be injected via at least one injection port into the combustion chamber of the internal combustion engine. The control unit calculates the required parameters (opening time and lift) of the injection valve member and thus a desired injection quantity, for example, based on the driver's desired load and environmental conditions, such as temperature and other parameters. On the one hand, to ensure that sufficient fuel is always available for injection into the combustion chamber and, on the other hand, that temperature-sensitive components of the fuel injector can be cooled down, such known fuel injectors are designed such that they are supplied with more fuel than required for injection into the combustion chamber becomes. The differential amount of fuel is fed back into a fuel return of the fuel injection system via a fuel return port.

Über die Lebensdauer eines Kraftfahrzeugs betrachtet unterliegen die hydraulischen bzw. mechanischen Komponenten eines Kraftstoffeinspritzsystems, und somit auch die Bauteile des Kraftstoffinjektors einem Verschleiß. Darüber hinaus ist bereits im Neuzustand der Komponenten aufgrund der Fertigungstoleranzen eine gewisse Streuung hinsichtlich der Genauigkeit der Komponenten, die u.a. auch zu einem gewissen Mengendrift zwischen den einzelnen Kraftstoffinjektoren eines Kraftstoffsystems führt, üblich. Um diese Effekte, die über die Lebensdauer des Kraftfahrzeugs zu einem im Wirkungsgrad schlechteren Kraftstoffeinspritzsystem führen zu mindern, ist es bereits bekannt, die hydraulischen bzw. mechanischen Komponenten des Kraftstoffeinspritzsystems bzw. des Kraftstoffinjektors mit möglichst hoher Qualität bzw. Genauigkeit herzustellen, was jedoch relativ kostenintensiv ist. Darüber hinaus ist es möglich, durch eine robuste, d.h. konservative Auslegung der Komponenten eine geringe Sensitivität auf die angesprochenen (Verschleiß-)Erscheinungen zu erzielen. Eine derartige konservative Auslegung kann auch zum Beispiel beim Auftreten von Belägen o.ä., die zu einer Verringerung der Einspritzmenge führt, von Vorteil sein. Considered over the life of a motor vehicle, the hydraulic or mechanical components of a fuel injection system, and thus also the components of the fuel injector are subject to wear. In addition, due to the manufacturing tolerances, even when the components are new, there is a certain degree of variation in the accuracy of the components, which i.a. also leads to a certain amount of drift between the individual fuel injectors of a fuel system, usual. In order to reduce these effects, which lead to a worse fuel efficiency in the fuel injection system over the life of the motor vehicle, it is already known to produce the hydraulic or mechanical components of the fuel injection system or the fuel injector with the highest possible quality and accuracy, which is relatively expensive is. Moreover, it is possible by a robust, i. conservative interpretation of the components to achieve a low sensitivity to the mentioned (wear) phenomena. Such a conservative design may also be advantageous, for example, in the presence of deposits or the like, which leads to a reduction in the injection quantity.

Zuletzt ist es bekannt, durch Messung von motorspezifischen Größen und einer daran angeschlossenen festgelegten Verhaltensweise eine Driftkorrektur durch das Steuergerät stattfinden zu lassen. So gibt es bereits eine Mengenregelung, die in Abhängigkeit der von Zylinderdrucksensoren erfassten Drücke in den Brennräumen arbeitet. Finally, it is known to have a drift correction by the control unit take place by measuring engine-specific variables and a defined behavior connected thereto. So there is already a volume control, which operates in dependence on the detected by cylinder pressure sensors pressures in the combustion chambers.

Zur Erzielung eines möglichst hohen Wirkungsgrads des Kraftstoffeinspritzsystems ist es zum einen wünschenswert, die oben angesprochene Rückflussmenge in den Kraftstoffrücklauf möglichst gering zu halten, damit die Förderpumpe des Kraftstoffeinspritzsystems mit möglichst geringem Energieaufwand betrieben werden kann, und zum andern mögliche Verschleißerscheinungen an den einzelnen Komponenten erkennen zu können, um ggf. durch Austausch betroffener Komponenten den Wirkungsgrad wieder erhöhen zu können. Aus der DE 10 2005 032 636 A1 der Anmelderin ist es daher bereits bekannt, mittels eines Ultraschall-Durchfluss-Sensors, der im Rücklaufsystem des Kraftstoffeinspritzsystems angeordnet ist, die Funktionsfähigkeit des Kraftstoffeinspritzsystems beurteilen zu können. Ein derartiges System ermöglicht zwar grundsätzliche Rückschlüsse auf den Wirkungsgrad des Kraftstoffeinspritzsystems, eine Eingrenzung, welche Komponente ggf. durch Verschleiß oder ähnliches zu einem über die Zeit betrachtet schlechteren Wirkungsgrad des Kraftstoffeinspritzsystems führt, ist mit dem bekannten System jedoch nicht möglich.To achieve the highest possible efficiency of the fuel injection system, it is desirable on the one hand to keep the above-mentioned amount of reflux in the fuel return as low as possible, so that the feed pump of the fuel injection system can be operated with the least possible expenditure of energy, and recognize the other possible signs of wear on the individual components can, if necessary, by increasing the affected components to increase the efficiency again. From the DE 10 2005 032 636 A1 It is therefore already known to the Applicant, by means of an ultrasonic flow sensor, which is arranged in the return system of the fuel injection system, to be able to assess the functionality of the fuel injection system. Although such a system allows fundamental conclusions about the efficiency of the fuel injection system, a limitation which component possibly leads to deterioration in efficiency of the fuel injection system over time due to wear or the like is not possible with the known system.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Ausgehend von dem dargestellten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Kraftstoffinjektor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart weiterzubilden, dass insbesondere über die Lebensdauer des Kraftstoffinjektors betrachtet Aussagen hinsichtlich dessen Betriebsverhaltens möglich sind. Insbesondere soll es ermöglicht werden, einen Mengendrift (Abweichung zwischen einer Soll-Einspritzmenge und einer Ist-Einspritzmenge) über der Betriebslebensdauer zu erfassen, der z.B. durch einen Verschleiß an einzelnen Bauteilen des Kraftstoffinjektors, oder aber z.B. durch Verschmutzungseffekte sowohl zu einer Verminderung, als auch zu einer Erhöhung der Ist-Einspritzmenge im Vergleich zur Soll-Einspritzmenge führen kann. Based on the illustrated prior art, the present invention seeks to further develop a fuel injector according to the preamble of claim 1 such that considered in particular over the life of the fuel injector statements regarding its performance are possible. In particular, it should be possible to detect a set drift (deviation between a desired injection quantity and an actual injection quantity) over the service life, which may be e.g. by wear on individual components of the fuel injector, or e.g. can lead to a reduction as well as an increase in the actual injection quantity compared to the target injection quantity due to pollution effects.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Kraftstoffinjektor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass in dem Strömungsweg zur wenigstens einen Einspritzöffnung eine Durchflussmesseinrichtung für den strömenden Kraftstoff angeordnet ist. Mit anderen Worten gesagt bedeutet dies, dass die tatsächliche Durchflussmenge des Kraftstoffs in Richtung zu der wenigstens einen Einspritzöffnung und somit die tatsächlich in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzte Ist-Einspritzmenge erfasst wird. Dieser Wert kann dann beispielsweise als Eingangsgröße dem Steuergerät des Kraftstoffeinspritzsystems zugeführt werden, welches aus einem Vergleich der Ist-Einspritzmenge zu der Soll-Einspritzmenge eine entsprechende Mengenabweichung berechnen kann. Wesentlich ist, dass ein derartiger Kraftstoffinjektor grundsätzlich sowohl bei selbstzündenden Brennkraftmaschinen (Dieselmotoren) als auch bei fremdgezündeten Brennkraftmaschinen (Benzinmotoren) verwendet werden kann. This object is achieved in a fuel injector with the features of claim 1, characterized in that in the flow path to at least one injection port, a flow measuring device is arranged for the flowing fuel. In other words, this means that the actual flow rate of the fuel is detected in the direction of the at least one injection opening and thus the actual injection quantity actually injected into the combustion chamber of the internal combustion engine. This value can then be supplied, for example, as an input variable to the control unit of the fuel injection system, which can calculate a corresponding quantity deviation from a comparison of the actual injection quantity with the desired injection quantity. It is essential that such a fuel injector can basically be used both in self-igniting internal combustion engines (diesel engines) and in spark-ignited internal combustion engines (gasoline engines).

Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors sind in den Unteransprüchen aufgeführt. Advantageous developments of the fuel injector according to the invention are listed in the subclaims.

Ganz besonders bevorzugt ist es, wenn die Durchflussmesseinrichtung im Bereich einer Zulaufdrossel im Strömungsweg angeordnet ist. Ein derartiger Einbauort hat den Vorteil, dass im Bereich der Zulaufdrossel der Einfluss der (Bauteil-)Toleranzen, im Vergleich zu anderen Bauteilen, am geringsten ist, und dass darüber hinaus die Strömungsgeschwindigkeit im Strömungsfall am höchsten ist, wodurch eine hohe Signalqualität erreichbar ist.It is very particularly preferred if the flow measuring device is arranged in the region of an inlet throttle in the flow path. Such an installation location has the advantage that in the area of the inlet throttle the influence of the (component) tolerances, compared to other components, is the lowest, and that, moreover, the flow velocity in the flow case is highest, whereby a high signal quality can be achieved.

Ganz besonders bevorzugt ist es, wenn die Durchflussmesseinrichtung zumindest mittelbar dazu ausgebildet ist, den Massendurchfluss des strömenden Kraftstoffs zu bestimmen. Dadurch können Temperatur- und Druckeinflüsse, die zu unterschiedlichen Volumenströmen pro Zeiteinheit führen, egalisiert werden. Dadurch ist es im Gegensatz zu Durchflussmesseinrichtungen, die Volumenströme erfassen, nicht erforderlich, eine Berücksichtigung von Drücken und Temperaturen, die ansonsten mittels geeigneter Sensoren erfolgen würde, durchzuführen.It is very particularly preferred if the flow measuring device is at least indirectly designed to determine the mass flow rate of the flowing fuel. As a result, temperature and pressure influences, which lead to different volume flows per unit time, can be equalized. As a result, in contrast to flow measuring devices which detect volume flows, it is not necessary to carry out consideration of pressures and temperatures that would otherwise be achieved by means of suitable sensors.

In besonders bevorzugter Ausgestaltung der Durchflussmesseinrichtung ist diese als thermische Durchflussmesseinrichtung ausgebildet. Eine derartige thermische Durchflussmesseinrichtung lässt sich vorrichtungstechnisch mit relativ geringem Aufwand realisieren und arbeitet darüber hinaus mit hinreichender Genauigkeit relativ zuverlässig.In a particularly preferred embodiment of the flow measuring device, this is designed as a thermal flow measuring device. Such a thermal flow measuring device can be realized in terms of device technology with relatively little effort and, moreover, operates with sufficient accuracy relatively reliably.

In konkreter Ausgestaltung der Durchflussmesseinrichtung wird vorgeschlagen, dass diese wenigstens zwei, in Strömungsrichtung des Kraftstoffs betrachtet voneinander beabstandete thermische Messelemente und ein zwischen den Messelementen angeordnetes Heizelement als Bestandteil einer Heizeinrichtung aufweist, das dazu ausgebildet ist, die Kraftstofftemperatur des strömenden Kraftstoffs zu erhöhen. Das Messprinzip arbeitet somit auf der Grundlage des von den beiden Messelementen erfassten Temperaturunterschieds des strömenden Kraftstoffs, wobei in Kenntnis der über die Heizeinrichtung in den Kraftstoff zugeführten Energie auf den Massendurchfluss des strömenden Kraftstoffs geschlossen werden kann.In a concrete embodiment of the flow measuring device is proposed that it has at least two viewed in the flow direction of the fuel spaced-apart thermal sensing elements and arranged between the sensing elements heating element as part of a heater which is adapted to increase the fuel temperature of the flowing fuel. The measuring principle thus operates on the basis of the temperature difference of the flowing fuel detected by the two measuring elements, it being possible to infer the energy supplied to the fuel via the heating device to the mass flow rate of the flowing fuel.

Zur Vereinfachung der Messung oder aber zur Erhöhung der Messgenauigkeit kann es darüber hinaus vorgesehen sein, dass die Zulaufdrossel als Bypass im Strömungsweg ausgebildet ist. Das bedeutet, dass nicht der gesamte Kraftstoff, der in Richtung zum Einspritzventilglied fließt, bei der Messung berücksichtigt bzw. hinsichtlich seiner Masse betrachtet wird, sondern nur eine Teilmenge, wobei sich die Teilmenge aus den bekannten Querschnitten im Bereich der Zulaufdrossel sowie der restlichen Strömungsquerschnitte auf den gesamten Strömungsquerschnitt hochrechnen lässt. To simplify the measurement or to increase the measurement accuracy, it may also be provided that the inlet throttle is designed as a bypass in the flow path. This means that not all of the fuel flowing in the direction of the injection valve member is considered in the measurement or considered in terms of its mass, but only a subset, wherein the subset of the known cross sections in the inlet throttle and the remaining flow cross sections can calculate the entire flow cross section.

In konstruktiver Ausgestaltung des Heizelements ist dieses derart ausgebildet, dass es den Strömungsweg in einem Teilstück zumindest mittelbar umfangsseitig umschließt und vorzugsweise als Heizplatte mit einem Durchgang zur Ausbildung oder zum Umschließen des Strömungswegs ausgebildet ist. Ein derartiges Heizelement hat insbesondere den Vorteil, dass sie den Strömungsquerschnitt des Kraftstoffs nicht beeinflusst. In a constructive embodiment of the heating element, this is designed such that it surrounds the flow path in a section at least indirectly peripherally and is preferably designed as a heating plate with a passage for forming or enclosing the flow path. Such a heating element has the particular advantage that it does not affect the flow cross-section of the fuel.

Die Erfindung umfasst auch ein Kraftstoffeinspritzsystem, das wenigstens einen erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektor aufweist, wobei eine Steuereinrichtung zur Ansteuerung des wenigstens einen Kraftstoffinjektors vorgesehen ist, derart, dass der Kraftstoffinjektor über sein Einspritzventilglied eine Soll-Einspritzmenge in den Brennraum der Brennkraftmaschine abgibt. Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass die Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, die Ansteuerung des Kraftstoffinjektors unter Berücksichtigung der von der Durchflussmesseinrichtung erfassten Ist-Einspritzmenge anzupassen. Mit anderen Worten gesagt bedeutet dies, dass auf Grundlage der Differenz zwischen der erfassten Ist-Einspritzmenge und der von dem Steuergerät vorgegebenen Soll-Einspritzmenge für den Fall, dass beispielsweise aufgrund eines erhöhten Verschleißes die Ist-Einspritzmenge größer ist als die Soll-Einspritzmenge die Steuereinrichtung den betreffenden Kraftstoffinjektor derart ansteuert, dass dieser beispielsweise eine kürzere Einspritzzeit aufweist, um die Ist-Einspritzmenge an die Soll-Einspritzmenge anzupassen. Im Fall, dass die Ist-Einspritzmenge geringer ist als die Soll-Einspritzmenge, was beispielsweise vorkommt, wenn aufgrund von Verkokungen oder Belägen der Strömungsquerschnitt in Richtung des Einspritzventilglieds reduziert wird, findet eine Anpassung derart statt, dass beispielsweise die Einspritzzeit verlängert wird.The invention also includes a fuel injection system having at least one fuel injector according to the invention, wherein a control device for controlling the at least one fuel injector is provided, such that the fuel injector emits a desired injection quantity into the combustion chamber of the internal combustion engine via its injection valve member. According to the invention, it is provided that the control device is designed to adapt the actuation of the fuel injector, taking into account the actual injection quantity detected by the flow measuring device. In other words, this means that on the basis of the difference between the detected actual injection quantity and the setpoint injection quantity predetermined by the control unit in the event that, for example due to increased wear, the actual injection quantity is greater than the desired injection quantity, the control device the relevant fuel injector controls such that it has, for example, a shorter injection time to adjust the actual injection quantity to the desired injection quantity. In the case that the actual injection quantity is smaller than the target injection quantity, which occurs, for example, when due to coking or linings of the flow cross-section is reduced in the direction of the injection valve member, an adaptation takes place such that, for example, the injection time is extended.

Ganz besonders bevorzugt ist es, wenn bei mehreren Kraftstoffinjektoren alle Kraftstoffinjektoren eine Durchflussmesseinrichtung aufweisen. Ein derartiges Kraftstoffeinspritzsystem hat den Vorteil, dass es insgesamt einen hinsichtlich der in die Brennräume eingespritzten Kraftstoffmenge optimierten Wirkungsgrad aufweist. It is very particularly preferred if all fuel injectors have a flow measuring device in the case of a plurality of fuel injectors. Such a fuel injection system has the advantage that overall it has an optimized efficiency with regard to the amount of fuel injected into the combustion chambers.

Alternativ kann es jedoch auch vorgesehen sein, dass bei mehreren Kraftstoffinjektoren lediglich ein Teil der Kraftstoffinjektoren eine Durchflussmesseinrichtung aufweist, und dass die Steuereinrichtung die Soll-Einspritzmenge derjenigen Kraftstoffinjektoren, die keine Durchflussmesseinrichtung aufweisen, unter Berücksichtigung derjenigen Kraftstoffinjektoren anpasst, die eine Durchflussmesseinrichtung aufweisen. Ein derartiges Kraftstoffeinspritzsystem hat den Vorteil, dass, gleiches Verhalten bzw. gleiche Effekte an den einzelnen Kraftstoffinjektoren vorausgesetzt, trotz relativ geringem vorrichtungstechnischen Aufwand ebenfalls insgesamt ein relativ hoher Wirkungsgrad erzielt werden kann.Alternatively, however, it can also be provided that in the case of several fuel injectors, only a part of the fuel injectors has a flow measuring device, and that the control device adapts the nominal injection quantity of those fuel injectors which have no flow measuring device, taking into account those fuel injectors which have a flow measuring device. Such a fuel injection system has the advantage that, assuming the same behavior or the same effects on the individual fuel injectors, a relatively high degree of efficiency can also be achieved in spite of the relatively low complexity of the apparatus.

Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung des Kraftstoffeinspritzsystems sieht vor, dass die Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, über eine Schnittstelle mit einem Diagnosesystem zu kommunizieren und dabei die abgespeicherten Daten hinsichtlich der wenigstens einen Durchflussmesseinrichtung dem Diagnosesystem zuführbar sind. Ein derartiges Kraftstoffeinspritzsystem hat den Vorteil, dass beispielsweise im Rahmen von Werkstattbesuchen aufgrund der übermittelten Taten von einer Abweichung betroffene Kraftstoffinjektoren sehr einfach identifiziert werden können.A further preferred embodiment of the fuel injection system provides that the control device is designed to communicate via an interface with a diagnostic system and the stored data regarding the at least one flow measuring device can be supplied to the diagnostic system. Such a fuel injection system has the advantage that fuel injectors affected by a deviation can be identified very easily, for example in the context of workshop visits, on the basis of the data transmitted.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung.Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description of preferred embodiments and from the drawing.

Diese zeigt in:This shows in:

1 einen Teilbereich eines Kraftstoffeinspritzsystems unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors in einer vereinfachten Darstellung, 1 a portion of a fuel injection system using a fuel injector according to the invention in a simplified representation,

2 einen Schnitt im Bereich einer Kraftstoffzuführung zu einem Einspritzventilglied des Kraftstoffinjektors gemäß 1 zur Erläuterung der Funktionsweise des Messprinzips einer Durchflussmesseinrichtung und 2 a section in the region of a fuel supply to an injection valve member of the fuel injector according to 1 to explain the operation of the measuring principle of a flow measuring device and

3 einen Schnitt im Bereich einer Zulaufdrossel des Kraftstoffinjektors gemäß 1 mit einer Durchflussmesseinrichtung. 3 a section in the region of an inlet throttle of the fuel injector according to 1 with a flow measuring device.

Gleiche Elemente bzw. Elemente mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugsziffern versehen.The same elements or elements with the same function are provided in the figures with the same reference numerals.

In der 1 ist ein Teilbereich eines Kraftstoffeinspritzsystems 100 dargestellt, das zum Einspritzen von Kraftstoff in wenigstens einen Brennraum einer nicht gezeigten Brennkraftmaschine dient. Bei der Brennkraftmaschine kann es sich um eine selbstzündende Brennkraftmaschine (Dieselmotor), oder aber um eine fremdgezündete Brennkraftmaschine (Benzinmotor) handeln. Darüber hinaus weist eine derartige Brennkraftmaschine wenigstens einen Brennraum, in der Praxis jedoch mehrere Brennräume auf, denen jeweils ein erfindungsgemäßer Kraftstoffinjektor 10 zugeordnet ist. Der Einfachheit halber ist in der 1 jedoch nur ein einziger Kraftstoffinjektor 10 dargestellt. In the 1 is a subsection of a fuel injection system 100 shown, which serves for injecting fuel into at least one combustion chamber of an internal combustion engine, not shown. The internal combustion engine may be a self-igniting internal combustion engine (diesel engine) or else a spark-ignited internal combustion engine (gasoline engine). In addition, such an internal combustion engine has at least one combustion chamber, but in practice has a plurality of combustion chambers, each of which has a fuel injector according to the invention 10 assigned. For the sake of simplicity, in the 1 but only a single fuel injector 10 shown.

Ein derartiger, aus dem Stand der Technik an sich bekannter Kraftstoffinjektor 10 weist in einem Gehäuse 11 ein im Einzelnen nicht gezeigtes Einspritzventilglied 17, üblicherweise in Form einer Düsennadel, auf, das zum Einspritzen des unter (hohem) Druck stehenden Kraftstoff in den Brennraum von einem nicht gezeigten Dichtsitz abhebt und dabei den Kraftstoff über wenigstens eine Einspritzöffnung 19 beispielsweise in Form der in der 1 dargestellten Kraftstoffstrahlen 12 in den Brennraum einspritzt.Such, from the prior art per se known fuel injector 10 points in a housing 11 a not shown in detail injection valve member 17 , usually in the form of a nozzle needle, which lifts for injecting the fuel under (high) pressure into the combustion chamber of a sealing seat, not shown, and thereby the fuel via at least one injection port 19 for example in the form of in the 1 illustrated fuel jets 12 injected into the combustion chamber.

Das Kraftstoffeinspritzsystem 100 weist, in ebenfalls an sich bekannter Art und Weise ein Kraftstoffversorgungssystem, umfassend beispielsweise eine Hochdruckpumpe und einen Kraftstoffspeicher in Form eines Rails auf, das über eine Kraftstoffversorgungsleitung 13 mit dem Kraftstoffinjektor 10 verbunden ist. Die Kraftstoffversorgungsleitung 13 mündet in einem Kraftstoffzulauf 14 im Bereich des Gehäuses 11. Seitlich neben dem Kraftstoffzulauf 14 weist das Gehäuse 11 darüber hinaus einen Kraftstoffrücklauf 15 auf, der mit einer Rücklaufleitung 16 gekoppelt ist, über die die Differenzmenge aus dem über die Kraftstoffversorgungsleitung 13 dem Kraftstoffinjektor 10 zugeförderte und über den Kraftstoffinjektor 10 in den Brennraum abgegebene Menge an Kraftstoff in das Kraftstoffrücklaufsystem rückgespeist wird. The fuel injection system 100 has, in a manner also known per se, a fuel supply system comprising, for example, a high-pressure pump and a fuel reservoir in the form of a rail, which via a fuel supply line 13 with the fuel injector 10 connected is. The fuel supply line 13 flows into a fuel feed 14 in the area of the housing 11 , Laterally next to the fuel inlet 14 shows the case 11 in addition, a fuel return 15 on that with a return line 16 coupled via which the difference amount from the via the fuel supply line 13 the fuel injector 10 conveyed and via the fuel injector 10 is fed back into the combustion chamber amount of fuel in the fuel return system.

Die Betätigung des Einspritzventilglieds 17 erfolgt beispielsweise elektromagnetisch mittels einer Magnetspule, die in Wirkverbindung mit dem Einspritzventilglied 17 angeordnet ist. Selbstverständlich können auch andersartige Betätigungen des Einspritzventilglieds 17, beispielsweise piezogesteuerte Einspritzventilglieder 17 oder ähnliches, verwendet werden. Zur Ansteuerung des Einspritzventilglieds 17 bzw. des Kraftstoffinjektors 10 ist dieser über eine elektrische Anschlussleitung 18 mit einer als Steuergerät 20 ausgebildeten Steuereinrichtung des Kraftstoffeinspritzsystems 100 verbunden. Über die Anschlussleitung 18 findet die elektrische Ansteuerung und somit die Aktivierung des Einspritzventilglieds 17 des Kraftstoffinjektors 10 statt, so dass das Einspritzventilglied 17 zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum von einem Dichtsitz abhebt und die Einspritzöffnung(en) 19 freigibt. Das Steuergerät 20 berechnet anhand beispielhaft über eine Eingangsleitung 21 dem Steuergerät 20 zugeführter Daten, insbesondere Daten von Motorsensoren und eines Lastwunsches des Fahrers eine gewünschte Einspritzmenge bzw. Einspritzzeit zur Erzielung einer Soll-Einspritzmenge an Kraftstoff. Darüber hinaus kann es vorgesehen sein, dass das Steuergerät 20 über eine Diagnoseleitung 22 und einer im einzelnen nicht dargestellten Schnittstelle 23 mit einem externen Diagnosegerät 25 verbunden werden kann, um Daten aus dem Steuergerät 20 auslesen zu können.The actuation of the injection valve member 17 For example, electromagnetically by means of a magnetic coil, in operative connection with the injection valve member 17 is arranged. Of course, other types of actuation of the injection valve member 17 , For example, piezo-controlled injection valve members 17 or the like. For controlling the injection valve member 17 or the fuel injector 10 this is via an electrical connection cable 18 with one as a control unit 20 trained control device of the fuel injection system 100 connected. About the connection line 18 finds the electrical control and thus the activation of the injection valve member 17 of the fuel injector 10 instead, leaving the injection valve member 17 for injecting fuel into the combustion chamber lifts off from a sealing seat and the injection opening (s) 19 releases. The control unit 20 calculated by way of example via an input line 21 the control unit 20 supplied data, in particular data from engine sensors and a load request of the driver a desired injection quantity or injection time to achieve a desired injection quantity of fuel. In addition, it may be provided that the control unit 20 via a diagnostic line 22 and an interface not shown in detail 23 with an external diagnostic device 25 can be connected to data from the control unit 20 to be able to read.

Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass wenigstens einer der Kraftstoffinjektoren 10 des Kraftstoffeinspritzsystems 100 eine Durchflussmesseinrichtung 30 für diejenige Menge des Kraftstoffs aufweist, die über den Kraftstoffzulauf 14 und das Einspritzventilglied 17 in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt wird. Die Durchflussmesseinrichtung 30 ist über eine Verbindungsleitung 31 mit dem Steuergerät 20 derart verbunden, dass das Steuergerät 20 anhand der von der Durchflussmesseinrichtung 30 erfassten Werte die Ist-Einspritzmenge an Kraftstoff berechnen bzw. erfassen kann, die von dem Kraftstoffinjektor 10 in den Brennraum abgegeben wird. Hierzu ist es vorgesehen, dass die Durchflussmesseinrichtung 30 als Massendurchflussmesser ausgebildet ist, der im Bereich des Strömungswegs des Kraftstoffs zwischen dem Kraftstoffzulauf 14 im Gehäuse 11 und dem Einspritzventilglied 17 angeordnet ist. Insbesondere ist es dabei vorgesehen, dass die Durchflussmesseinrichtung 30 im Bereich einer in der 3 beispielhaft dargestellten Zulaufdrossel 33 angeordnet ist. Es kann sich dabei um eine Zulaufdrossel 33 handeln, über die der gesamte Kraftstoff, der mittels des Einspritzventilglieds 17 in den Brennraum eingespritzt wird, strömt, oder aber um eine Zulaufdrossel 33, die als Bypass zu dem Strömungsweg zwischen dem Kraftstoffzulauf 14 und dem Einspritzventilglied 17 angeordnet ist, derart, dass aufgrund der bekannten Geometrie bzw. der Strömungsquerschnitte der Zulaufdrossel 33 und des Strömungswegs auf die Ist-Einspritzmenge des Kraftstoffs geschlossen werden kann. According to the invention, it is provided that at least one of the fuel injectors 10 of the fuel injection system 100 a flow meter 30 for that amount of fuel that is above the fuel feed 14 and the injection valve member 17 is injected into the combustion chamber of the internal combustion engine. The flow measuring device 30 is via a connection line 31 with the control unit 20 connected such that the control unit 20 on the basis of the flow measuring device 30 detected values can calculate the actual injection amount of fuel that can be detected by the fuel injector 10 is discharged into the combustion chamber. For this purpose, it is provided that the flow measuring device 30 is designed as a mass flow meter in the region of the flow path of the fuel between the fuel inlet 14 in the case 11 and the injection valve member 17 is arranged. In particular, it is provided that the flow measuring device 30 in the area of one in the 3 exemplified inlet throttle 33 is arranged. It can be an inlet throttle 33 act on which all the fuel, by means of the injection valve member 17 is injected into the combustion chamber, flows, or to an inlet throttle 33 that bypasses the flow path between the fuel inlet 14 and the injection valve member 17 is arranged, such that due to the known geometry or the flow cross-sections of the inlet throttle 33 and the flow path can be closed to the actual injection quantity of the fuel.

Die Durchflussmesseinrichtung 30 ist dazu ausgebildet, zumindest mittelbar die Masse des durch die Zulaufdrossel 33 strömenden Kraftstoffs zu erfassen. Hierzu ist die Durchflussmesseinrichtung 30 als thermische Durchflussmesseinrichtung 30 mit zwei in Strömungsrichtung voneinander beabstandeten thermischen Messeelementen 35, 36 ausgebildet. In Strömungsrichtung zwischen den beiden Messelementen 35, 36 ist im Gehäuse 11 des Kraftstoffinjektors 10 eine mit einer Spannungsquelle 37 verbundene Zwischenplatte 38 angeordnet, die Teil einer Heizeinrichtung 40 für den Kraftstoff ist. Die Heizeinrichtung 40 bzw. die Zwischenplatte 38 weist eine Durchgangsöffnung 41 auf, die eine randseitige Begrenzung des Strömungswegs des Kraftstoffs ausbildet, so dass die Zwischenplatte 38 im Bereich der Durchgangsöffnung 41 unmittelbar mit dem strömenden Kraftstoff in Kontakt steht. Selbstverständlich kann es auch vorgesehen sein, dass die Durchgangsöffnung 41 der Zwischenplatte 38 derart ausgebildet ist, dass sie einen Strömungskanal bzw. den Strömungsweg des Kraftstoffs mit Abstand umgibt. Wesentlich ist lediglich, dass es durch die Heizeinrichtung 40 ermöglicht wird, eine Wärmemenge auf den Kraftstoff zu übertragen, derart, dass dieser erwärmt wird. The flow measuring device 30 is designed, at least indirectly, the mass of the through the inlet throttle 33 to detect flowing fuel. For this purpose, the flow measuring device 30 as a thermal flow measuring device 30 with two spaced apart in the flow direction thermal measuring elements 35 . 36 educated. In the flow direction between the two measuring elements 35 . 36 is in the case 11 of the fuel injector 10 one with a voltage source 37 connected intermediate plate 38 arranged, the part of a heating device 40 for the fuel is. The heater 40 or the intermediate plate 38 has a passage opening 41 on, which forms an edge boundary of the flow path of the fuel, so that the intermediate plate 38 in the area of the passage opening 41 directly in contact with the flowing fuel. Of course, it can also be provided that the passage opening 41 the intermediate plate 38 is formed such that it surrounds a flow channel or the flow path of the fuel at a distance. The only important thing is that it is through the heater 40 is allowed to transfer an amount of heat to the fuel, such that it is heated.

In der 2 ist das Messprinzip der Durchflussmesseinrichtung 30 anhand eines lediglich an einer Stelle im Bereich eines Strömungswegs 42 angeordneten Heizelements 43 dargestellt. Der Kraftstoff durchströmt den Strömungsweg 42 in Richtung der Pfeile 44, d.h. in der Zeichnungsebene von links nach rechts. Man erkennt, dass durch die über das Heizelement 43 auf den Kraftstoff übertragene Wärme Strömungsfelder 45a bis 45d ausgebildet werden, die unterschiedliche (erhöhte) Temperaturen des Kraftstoffs darstellen sollen, wobei im Bereich des Strömungsfelds 45a der Kraftstoff die höchste Temperatur aufweist und im Bereich des Strömungsgelds 45d die geringste. Man erkennt, dass die Temperatur des Kraftstoffs in dessen Strömungsrichtung abnimmt, so dass von dem Messelement 36 die Temperatur erfasst wird, die im Strömungsfeld 45d herrscht. Diese Temperatur ist jedoch höher als eine Temperatur, die im Bereich des Messelements 35 erfasst wird, da in diesem Bereich stromaufwärts das Heizelement 43 den Kraftstoff nicht erwärmen kann. In the 2 is the measuring principle of the flow measuring device 30 by means of one only at one point in the region of a flow path 42 arranged heating element 43 shown. The fuel flows through the flow path 42 in the direction of the arrows 44 ie in the drawing plane from left to right. One recognizes that by the over the heating element 43 heat transfer to the fuel flow fields 45a to 45d are formed, which are to represent different (increased) temperatures of the fuel, wherein in the region of the flow field 45a the fuel has the highest temperature and in the area of the flow money 45d the least. It can be seen that the temperature of the fuel decreases in its flow direction, so that of the measuring element 36 the temperature is detected in the flow field 45d prevails. However, this temperature is higher than a temperature that is in the range of the measuring element 35 is detected, since in this area upstream the heating element 43 can not heat the fuel.

Die von den beiden Messelementen 35, 36 erfassten Temperaturen werden als Eingangswerte über die Verbindungsleitung 31 dem Steuergerät 20 zugeführt, derart, dass das Steuergerät 20 mittels eines in dem Steuergerät 20 abgelegten Algorithmus die tatsächliche Ist-Einspritzmenge berechnen kann. Aus einem Vergleich zwischen der Ist-Einspritzmenge und der Soll-Einspritzmenge kann eine Anpassung der Soll-Einspritzmenge derart vorgenommen werden, dass die Ist-Einspritzmenge der Soll-Einspritzmenge entspricht. Darüber hinaus ist das Steuergerät 20 dazu ausgebildet, den zeitlichen Verlauf bzw. die Daten der Durchflussmesseinrichtung 30 abzuspeichern, um diese über die Diagnoseleitung 22 für das Diagnosegerät 25 auslesbar zur Verfügung zu stellen.The of the two measuring elements 35 . 36 detected temperatures are used as input values via the connecting line 31 the control unit 20 supplied, such that the control unit 20 by means of one in the control unit 20 stored algorithm can calculate the actual actual injection quantity. From a comparison between the actual injection quantity and the desired injection quantity, an adaptation of the desired injection quantity can be carried out such that the actual injection quantity corresponds to the desired injection quantity. In addition, the control unit 20 adapted to the time course or the data of the flow measuring device 30 to save these over the diagnostic line 22 for the diagnostic device 25 made available to read.

Das soweit beschriebene Kraftstoffeinspritzsystem 100 bzw. der Kraftstoffinjektor 10 können in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen. Erfindungswesentlich ist lediglich, dass mittels einer geeigneten Einrichtung die tatsächliche Durchflussmenge des Kraftstoffes in einem Kraftstoffinjektor 10 erfasst wird, die über ein Einspritzventilglied in den Brennraum einer Brennkraftmaschine abgegeben wird. The fuel injection system described so far 100 or the fuel injector 10 can be modified or modified in many ways without departing from the spirit of the invention. Essential to the invention is only that by means of a suitable device, the actual flow rate of the fuel in a fuel injector 10 is detected, which is discharged via an injection valve member in the combustion chamber of an internal combustion engine.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102005032636 A1 [0005]

Claims

Fuel injector ( 10 ) with a fuel feed ( 14 ), an injection valve member ( 17 ) for discharging fuel into the combustion chamber of an internal combustion engine, wherein the injection valve member ( 17 ) at least one injection opening ( 19 ) opens or closes, and preferably with a fuel return ( 15 ), characterized in that in the flow path to at least one injection opening ( 19 ) a flow measuring device ( 30 ) is arranged for the flowing fuel.

Fuel injector according to claim 1, characterized in that the flow measuring device ( 30 ) in the region of an inlet throttle ( 33 ) is arranged in the flow path.

Fuel injector according to claim 1 or 2, characterized in that the flow measuring device ( 30 ) is at least indirectly designed to determine a mass per unit of time of the fuel flowing in the flow path.

Fuel injector according to claim 3, characterized in that the flow measuring device ( 30 ) as a thermal flow measuring device ( 30 ) is trained.

Fuel injector according to claim 4, characterized in that the flow measuring device ( 30 ) at least two, in the flow direction of the fuel spaced from each other thermal measuring elements ( 35 . 36 ) and one between the measuring elements ( 35 . 36 ) arranged heating element ( 38 ; 43 ) configured to increase the fuel temperature of the flowing fuel.

Fuel injector according to one of claims 2 to 5, characterized in that the inlet throttle ( 33 ) is formed as a bypass in the flow path.

Fuel injector according to claim 5 or 6, characterized in that the heating element ( 38 ) surrounds the flow path on a portion circumferentially and preferably as a heating plate with a passage ( 41 ) is designed to form or enclose the flow path.

Fuel injection system ( 100 ) comprising at least one fuel injector ( 10 ) according to one of claims 1 to 7 and a control device ( 20 ) for controlling the at least one fuel injector ( 10 ) such that this via its injection valve member ( 17 ) emits a desired injection quantity into the combustion chamber of the internal combustion engine, characterized in that the control device ( 20 ) is adapted to control the at least one fuel injector ( 10 ) taking into account the flow meter ( 30 ) adjusted actual injection quantity.

Fuel injection system according to claim 8, characterized in that with several fuel injectors ( 10 ) all fuel injectors ( 10 ) a flow measuring device ( 30 ) exhibit.

Fuel injection system according to claim 8, characterized in that with several fuel injectors ( 10 ) only a part of the fuel injectors ( 10 ) a flow measuring device ( 30 ), and that the control device ( 20 ) the desired injection quantity of those fuel injectors ( 10 ), which does not have a flow measuring device ( 30 ) taking into account those fuel injectors ( 10 ), which is a flow measuring device ( 30 ) exhibit.

Fuel injection system according to one of claims 8 to 10, characterized in that the control device ( 20 ) is adapted, via an interface ( 23 ) with a diagnostic system ( 25 ) and thereby the stored data with regard to the at least one flow measuring device ( 30 ) the diagnostic system ( 25 ) can be supplied.