具有喷嘴针的位置测定机构的燃料喷射装置

摘要

本发明涉及一种燃料喷射装置，包括喷嘴针(2)、用于致动所述喷嘴针(2)的致动器(3)、用于侦测所述致动器(3)施加的力的力传感器(6)以及连接到所述力传感器(6)的控制单元(11)，其中，所述力传感器(6)输送信号到所述控制单元(11)，并且所述控制单元(11)设计成基于该被输送的信号来测定所述喷嘴针(2)的位置并且精确地测定喷射的燃料量。

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有喷嘴针位置测定机构的燃料喷射装置，用于精确地测定喷嘴针位置，尤其是高度精确地测定喷射的燃料量。

背景技术

在现有技术中已经知道燃料喷射装置的不同设计方案。除电磁喷射器外，还使用压电多层致动器。在这里，压电致动器的优点是它能够非常快速且精确地偏置，同时能够输出更大的力。然而，这种压电致动器的缺点是因为压电致动器的陶瓷部件的性能降低是电循环次数的函数，不可能用压电致动器的膨胀直接修正适配的电压。因此，允许对喷射过程的每个时间点不精确地测定燃料喷射装置的喷嘴针的实际喷嘴针位置(喷嘴针运行行为)。进一步地，通过磨损、焦化等影响在喷嘴座中的实际喷嘴针位置，在一般燃料喷射装置中不能对它进行侦测。因此，在安装压电致动器之前，对每个压电致动器分别进行测量和编码。借助于这个信息测定各压电致动器的每个单独的可能行程。由此能够算出每个压电致动器的理论喷射量计量。然而，因为必须测量每个压电致动器，所以增加了制造技术的费用。而且，用于燃料喷射装置的各控制单元必须同时单个适应所述压电致动器。此外，在压电致动器的安装状态下，所述理论测定值显著偏离更迟的实际喷嘴针运行行为。因此，期望对喷射过程的每个时间点可能得到精确的喷嘴针位置，然后计算每个喷射量。

发明内容

因此，根据本发明的具有权利要求1的特征的燃料喷射装置具有能够利用传感器对喷射过程的每个时间点测定喷嘴针的精确位置(喷嘴针运行行为)。基于喷嘴针的精确位置，能够精确地测定燃料喷射量。因此，根据本发明提出一种进一步提高内燃机效率的原理，因为极其精确地测定喷射的燃料量是可能的，因此，这显著地提高迄今为止现有技术中已知的可能性。其它优点在于喷射器的扩大的诊断能力，这是因为可侦测机器缺陷，例如卡住，和/或磨损，例如，通过焦化。而且能够节约燃料喷射装置的控制单元中的资源，并且这是对内燃机的不期望的调整的改进保护，这是因为调整控制器的中间换挡用于提高内燃机效率并因此妨碍改变喷射的额定量。这根据本发明实现燃料喷射装置包括一个用于获得通过致动器施加的力的力传感器以及控制单元。所述控制单元连接到所述力传感器中并且设计成基于所述力传感器输送的信号实现所述喷嘴针的位置测定。随着位置的测定，然后执行喷射的燃料量的精确测定。所述力传感器因此用于获得致动器力，在压电致动器中用压电致动器的延伸的长度变化来修正。在电磁喷射器中，所述电磁致动器的力用电磁致动器的运动来修正。因此，根据本发明的构思能够不依赖于致动器的类型，在电磁喷射器中也可以使用压电致动器，其中，因为大的简化可能性，在压电致动器中使用是尤其有意义的。

从属权利要求展示本发明的优选的改进方案。

优选地，所述力传感器是压电传感器。此时，所述压电传感器能够建造为单层的或多层的。而且，用压电传感器作为力传感器能够获得小的结构高度，进而紧凑的结构。

特别优选地，所述燃料喷射装置的致动器是压电致动器。除使用压电致动器的已知的优点外，在这里给出上面提及的制造技术的优点，因此，所述压电致动器能够直接安装，不进行附加的测量，控制器不是必须单个适应所述压电致动器。

根据本发明的优选设计方案，所述力传感器包括通孔，其中，所述燃料喷射装置的喷嘴针穿过所述通孔。所述力传感器与用于致动器的恢复弹簧相连接，并且获得所述恢复弹簧提供的恢复力，所述恢复力相应地构成所述致动器力。利用所述力传感器的这个设计方案，尤其所述燃料喷射装置的轴向结构长度保持不变，这是因为在所述喷嘴针和致动器之间在轴向方向上不设置附加部件。

根据本发明的优选替代方案，所述力传感器的力通量布置在所述致动器和喷嘴针之间。虽然所述力传感器能够直接吸收致动器力，但是，所述力传感器的厚度给出了更大的轴向结构长度。特别优选地，所述力传感器在这里构造成盘形，以便具有尽可能的轴向长度。

为了得到特别紧凑的结构，通过使致动器和传感器优选使用相同压电陶瓷，所述力传感器还优选直接与所述致动器接触或者集成在所述致动器中。

本发明能够用于所有类型的燃料喷射装置，然而，用于压电致动器是特别有利的。此时，本发明尤其在压电致动器中能够显著消减制造费用和对喷射量进行精确计量，因而得到进一步提高效率进而节约燃料的新原理。

附图说明

下面将参照附图更详细地描述本发明的优选实施例。在附图中：

图1显示根据本发明第一实施例的燃料喷射装置的截面示意图；

图2显示图1的力传感器的俯视图；

图3显示根据本发明第二实施例的燃料喷射装置的截面示意图；

图4显示根据本发明第三实施例的燃料喷射装置的截面示意图；

图5显示根据本发明第四实施例的燃料喷射装置的截面示意图。

具体实施方式

下面参照图1和图2详细地描述根据本发明的第一优选实施例的燃料喷射装置1。

如图1所示，燃料喷射装置1包括喷嘴针2，喷嘴针2与致动器直接相连接。在这个实施例中，致动器3是多层压电致动器。喷嘴针2是朝外开口的喷嘴针，喷嘴针2在阀座10上释放或封闭排出孔。燃料喷射装置1还包括阀壳4，液压联接器5和以及恢复弹簧7。恢复弹簧7用于在喷射过程结束后使致动器3恢复位置。燃料喷射装置1还包括力传感器6。如图1所示，力传感器6直接设置在压电致动器的喷嘴针侧的端部上。

图2显示力传感器6的俯视图，力传感器6构成为环形盘。在力传感器6的中部包括圆柱形通孔9。如图1所示，喷嘴针2的致动器侧的端部通过力传感器6，精确地通过通孔9。力传感器6布置在致动器3和恢复弹簧7之间，其中，恢复弹簧7支撑在阀壳4上。因此，恢复弹簧7的恢复力在压电致动器的长度变化时经力传感器6作用在压电致动器上。因此，力传感器6不直接配置在喷嘴针2和压电致动器之间的力通量，然而，尽管如此，在所述压电致动器长度变化时运动。在这个实施例中，致动器3偏转引起致动器在喷嘴针2方向上拉伸，从而经力传感器6补偿恢复弹簧7。恢复弹簧7的由此引起的反作用力能够用力传感器6侦测为力信号。

如图1所示，力传感器6与控制单元11相连接。从力传感器6获得的信号输送到这个控制单元11。控制单元11在这里设计为基于力传感器6所输送电信号能够精确地执行喷嘴针的位置测定。基于这个位置测定，控制单元6然后能够测定喷射的燃料量。在这里，输送的燃料总是在稳定的压力下输送，或者替代地或者多余地能够将附加压力传感器信号传递到所述控制单元上，由此得到燃料导管8的区域中或喷嘴针2前面区域中的实际压力。基于所述压力、打开时间和喷嘴针位置，然后能够计算精确的喷射量，其中，利用所述喷嘴针位置能够测定喷出的燃料的开口横截面。

因此，根据本发明能够在每个时间点测定精确的喷嘴针位置，从而也能够经过压电致动器的通电时间限定精确喷射量。因此，还能够在制造致动器时不进行所谓的“致动器编码”，即每个致动器的单独测量，这导致成本显著降低，还在各自的控制器中。

下面关于图3详细地描述根据本发明的第二优选实施例的燃料喷射装置1。与前述实施例相同或功能相同的部件用相同的附图标记表示。

如图3所示，第二实施例与第一实施例的不同之处在于力传感器6的位置。力传感器6更精确地布置在燃料喷射装置中，使得在轴向方向上，恢复弹簧7布置在力传感器6和致动器3之间。因此，力传感器6不再直接与所述致动器接触，而是插入恢复弹簧7中。此时，恢复弹簧7的弹簧力以使致动器3长度变化的相同方式作用在力传感器6上，如第一实施例所述的那样。

图4和5显示本发明的第三或第四实施例，其中，相同的附图标记表示技术功能相同的部件。在第三和第四实施例中，各力传感器6布置在致动器3和喷嘴针2的力通量中。在图4所示的第三实施例中，力传感器6位于致动器3和喷嘴针2之前，并且与恢复弹簧7直接接触。力传感器6在这里实施为没有中间通孔的盘，并且导致致动器3的偏转再次补偿恢复弹簧7，这能够由力传感器6获得，并且相应地，相应的力信号传递到控制单元11上。力传感器6能够在这里如同第三实施例所述，在图4中布置在致动器的喷嘴针侧的端部上，或者如图5的第四实施例所示，布置在喷嘴针远端上，与液压联接器5相邻。还应指出的是，在第三和第四实施例中，在致动器3和力传感器6之间自然仍能够布置其他中间部件。