Die Einspritzmenge und der Einspritzbeginn sind wichtige Kenn- größen für den optimalen Betrieb von Dieselmotoren. Deren Er- fassung ermöglicht die last-und drehzahlabhängige Einstellung des Einspritzvorgangs in einem geschlossenen Regelkreis. Die derzeitigen Methoden zur Bestimmung des Nadelhubs sind ungenau, da der Nadelhub räumlich weit entfernt von der Düsenöffnung bzw. Düsennadelspitze detektiert wird. Der Einfluß eines Steu- erkolbens bzw. einer Schubstange zwischen einem Stellglied und der Düsennadel verfälscht das Ergebnis.

Es ist bereits eine Einspritzdüse für Kraftstoff aus der US 6,235, 736 B1 bekannt. Die Einspritzdüse weist eine Düsenna- del sowie einen axial zur'Düsennadel angeordneten Steuerkolben auf. Der Steuerkolben ist über eine erste Feder nach oben hin vorgespannt und wird über ein Piezo-Element in axiale Richtung gestellt. Die Düsennadel ist über eine zweite Feder nach unten hin, also entgegengesetzt zum Steuerkolben, vorgespannt und verschließt in der unteren Stellung die Düsenöffnung. Durch eine Bewegung des Steuerkolbens aufgrund einer Stellbewegung des Piezo-Plements, gibt dieser eine Durchflußöffnung für Kraftstoff frei, so daß die Düsennadel entgegen der Federkraft nach oben aus ihrem Sitz bewegt wird. Nach einem Hub (h) stößt die Düsennadel mit ihrer oberen Stirnseite an eine untere Stirnseite des Steuerkolbens an und generiert damit eine zu- sätzliche Stellkraft nach oben. Sobald das Piezo-Element strom- los geschaltet wird, fährt der Steuerkolben zurück in seine obere Endlage und verschließt die Durchflußöffnung. Die Düsen- nadel ist dann wieder im Druckkräfte-Gleichgewicht, so daß die resultierende Federkraft die Schließbewegung ausführt und die Düsenöffnung schließt. Die Stellung der Düsennadel wird über die Stellung des Steuerkolbens detektiert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einspritzdüse derart auszubilden und anzuordnen, daß eine optimale Detektion der Bewegung der Düsennadel gewährleistet wird.

Gelöst wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß zwischen der Gehäuseschulter und der Feder ein Piezo-Element zur Erfassung der Federkraft vorgesehen ist. Hierdurch wird er- reicht, daß über die aus Federvorspannung und Düsennadelhub re- sultierende Federkraft und damit die Stellbewegung der Düsenna- del auf einfache Weise ermittelt wird. Das Piezo-Element kann direkt hinter der Feder angeordnet werden, so daß keine weite- ren Kosten durch Konstruktionsänderungen entstehen.

Vorteilhaft ist es, dass zwischen der Anlagefläche der Düsenna- del und der Feder ein Piezo-Element vorgesehen ist. Mittels der Anordnung des Piezo-Elements zwischen der Düsennadel und der Feder wird ebenfalls die resultierende Federkraft und damit die Stellbewegung der Düsennadel ermittelt.

Hierzu ist es vorteilhaft, dass das Piezo-Element ringförmig oder als Toroid mit einer ersten Stirnseite und einer der ers- ten Stirnseite gegenüberliegenden zweiten Stirnseite ausgebil- det ist und im Bereich der ersten Stirnseite eìnen ersten elektrischen Anschluß und im Bereich der zweiten Stirnseite einen zweiten elektrischen Anschluß aufweist. Das Piezo-Element ist somit zwischen den Krafteinleitungspunkten der Feder und der Gehäuseschulter bzw. der Anlagefläche angeordnet, so dass über den ersten und den zweiten elektrischen Anschluß die be- lastungsabhängige Ladungsverschiebung des Piezo-Elements ermit- telt wird.

Ferner ist es vorteilhaft, dass der Stellweg x der Düsennadel über die Funktion Q<BR> dp D ermittelbar ist, wobei Q die Ladung des Piezo-Elements, dp den piezoelktrischen Koeffizient und D die Federsteifigkeit der Fe- der darstellt.

Durch die Anordnung des Piezo-Elements innerhalb des sehr dick- wandigen metallischen Einspritz-Injektors wird eine Einstreuung von magnetischen und elektrischen Wechselfeldern auf das Meß- signal stark gedämpft.

Vorteilhaft ist es hierzu auch, dass durch Integration des Verschiebungsstroms des Piezo-Elements während einer Bewegung die Verschiebungsladung auf einfache Weise bestimmbar ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist schließlich vorgesehen, dass zwischen beiden End- lagen des Stellwegs x der Düsennadel die Zwischenwerte für den Stellweg x interpolierbar sind. Sowohl die resultierende Feder- kraft als auch das Piezo-Element sind linear bezüglich des Stellwegs x bzw. der Stellkraft und weisen einen sehr geringen Hysterese-Effekt auf.

Die Abnahme. der. Steifigkeit der Feder durch Alterungserschei- nungen bzw. eine Ermüdung des Piezo-Elements können unter Ein- beziehung der Drift der Meßwerte korrigiert werden.

Der Einfluß der Temperatur führt zu einer Ausdehnung der Düsen- nadel und des Injektorgehäuses sowie zu einer Veränderung der Piezo-Element-Charakteristik. Diese Temperaturabhängigkeit wird über den maximalen Hub berechnet und entsprechend berücksich- tigt.

Die durch die Massenträgheit der Feder bedingte Totzeit zwi- schen Ansteuersignal für das Stellglied der Düsennadel und dem erfindungsgemäßen Stellsignal der Düsennadel kann für eine Aus- kopplung des Stellsignals genutzt werden.

Vorteilhaft ist es auch, dass die Gehäuseschulter und das Piezo-Element eine gemeinsame konzentrisch zum Piezo-Element angeordnete Öffnung aufweisen. In dieser Öffnung ist ein nicht dargestelltes Stellglied für die Düsennadel angeordnet.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sind in den Pa- tentansprüchen und in der Beschreibung erläutert und in der Zeichnung dargestellt : In der Zeichnung ist ein Ausschnitt einer Einspritzdüse 1 in- nerhalb eines teilweise dargestellten Injektor-Gehäuses mit ei- ner Gehäuseschulter 5 und einem unteren Gehäuseteil 1. 1 darge- stellt. Im Gehäuseteil 1.1 ist eine Düsenöffnung 3, die über eine Düsennadel 4 geöffnet bzw. geschlossen wird vorgesehen.

Die Düsennadel 4 weist eine Anlagefläche 6 auf, mit der die Dü- sennadel 4 gegen eine Feder 2 anliegt. Als Gegenlager auf der der Düsennadel 4 gegenüberliegenden Seite der Feder 2 ist ein Piezo-Element 7 vorgesehen, das wiederum gegen die Gehäuse- schulter 5 anliegt. Somit ist die Düsennadel 4 über ihre Anla- gefläche 6 mit der Feder 2 gegenüber dem Piezo-Element 7 und der Gehäuseschulter 5-vorgespannt. Das Piezo-Element 7 ist hierbei zylinderförmig ausgebildet und weist einen mittleren Durchmesser auf, der dem mittleren Durchmesser der Feder 2 ent- spricht.

Das Piezo-Element 7 weist eine an der Feder 2 anliegende erste Stirnseite 7.1 und eine gegen die Gehäuseschulter 5 anliegende zweite Stirnseite 7.2 auf. Die erste Stirnseiten 7.1 weist hierbei einen ersten elektrischen Anschluß 8.1 und die zweite Stirnseite 7.2 einen zweiten elektrischen Anschluß 8.2 auf.

Über die elektrischen Anschlüsse 8. 1, 8. 2 wird der Ladungsver- schiebungsstrom I innerhalb des Piezo-Elements 7 abgegriffen.

Die'von einer geschlossenen, ggf. vorgespannten, Stellung der Düsennadel 4 ausgehende Öffnungsbewegung x, generiert einen Kraftzuwachs auf das Piezo-Element 7, der proportional zum Stellweg x ist, wobei der Proportionalitätsfaktor der Federkon- stante D entspricht. Der Stellweg x der Düsennadel 4 läßt sich somit durch die Formel X= Q dp D auf einfache Weise ermitteln, wobei Q der durch die Kraftände- rung entstehende Ladungsverschiebung innerhalb des Piezo-Ele- ments 7 entspricht und dp den piezo-elektrischen Koeffizienten darstellt.