Eine bekannte Vorrichtung (DE 197 57 293 C2) weist einen Drucksensor auf, der an der Kraftstoffeinspritzleitung vor einem Einspritzventil angeordnet ist. Der Drucksensor weist dabei eine einzige Messspule aus magnetoelastischem Material auf, die direkt um die Einspritzleitung gewickelt ist. Wird ein Einspritzvorgang ausgelöst und öffnet ein Nadelhubgeber durch Anheben der Nadel gegen die Federvorspannung die Ein- spritzdüse, wird der über die Einspritzleitung anstehende Kraftstoff in die Brennkammer der Brennkraftmaschine einge- spritzt. Dieser Einspritzbeginn führt zu einem Druckabfall in der Einspritzleitung. Der Druckabfall induziert aufgrund des magnetoelastischen Effekts eine elektrische Spannung in der Messspule. Diese induzierte Spannung wird verstärkt und als Messsignal an eine Steuereinheit angelegt. Das Messsignal weist neben der durch den Druckabfall in der Einspritzleitung hervorgerufenen induzierten Spannung eine Störkomponente auf, die durch Störeinstreuungen des Ansteuerstroms für das Ein- spritzventil entstehen.

Bei der Vorrichtung besteht das Problem, dass durch diese Störkomponente im Messsignal der Signal-Rausch-Abstand des gemessenen Signals sehr klein ist. Dadurch ist es sehr schwierig den Signalverlauf der induzierten Spannung, die durch Druckabfall in der Einspritzleitung erzeugt wird, zu

erhalten und daraus eine zuverlässige Bestimmung des Ein- spritzzeitpunktes durchzuführen.

Gestiegene Anforderungen hinsichtlich Fahrkomfort und Abgas- werten machen es notwendig mehrere Einspritzimpulse pro Verbrennungstakt durchzuführen. Pro Verbrennungstakt können beispielweise fünf Einspritzimpulse durchgeführt werden, die als Voreinspritzungen und/oder Haupteinspritzungen und/oder Nacheinspritzungen ausgeführt sind. Die Anzahl der Vorein- spritzimpulse, die Anzahl der Haupteinspritzimpulse sowie die Anzahl der Nacheinspritzimpulse ist dabei variabel. So können bei fünf Einspritzimpulsen beispielsweise drei Vor-und zwei Haupteinspritzungen ausgeführt werden. Es kann aber auch sein, dass zwei Vor-, eine Haupt-und zwei Nacheinspritzungen ausgeführt sind.

Ein weiterer Nachteil der bekannten Vorrichtung ist es, dass Abweichungen des Einspritzbeginns der Einspritzimpulse von den definierten Einspritzzeitpunkten nicht erkannt werden.

Es ist daher auch nicht möglich für einen einzelnen Ein- spritzvorgang eine genaue Totzeit der Einspritzventile, also die Verzugszeit zwischen Ansteuerung der Einspritzventile und Öffnen der Nadel der Einspritzdüse, zu bestimmen. Des Weite- ren ist mit dem bekannten Drucksensor lediglich eine Aussage über die Druckschwankungen aber nicht über den Druck in der Einspritzleitung möglich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemä- ßen Sensor zu schaffen, der einfach und kostengünstig aufge- baut ist und der ein Messsignal mit einem besseren Signal- Rausch-Abstand erzeugt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Sensor mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Eine direkteinspritzende Brennkraftmaschine weist eine Ein- spritzleitung auf, die zu einem Einspritzventil führt. An

dieser Einspritzleitung ist ein Sensor angeordnet. Der Sensor weist dabei zumindest eine Vormagnetisierungsspule und eine Messspule auf.

Erfindungsgemäß weist der Sensor ein Element auf, das kraft- schlüssig mit der Einspritzleitung verbunden ist und die Ein- spritzleitung zumindest teilweise umgibt. Das Element besteht aus einem Werkstoff, der ausgeprägte magnetoelastische Eigen- schaften aufweist. Die Vormagnetisierungsspule, ist dabei so angeordnet, dass sie dieses magnetoelastische Element umgibt und dieses magnetoelastische Element vormagnetisiert. Des Weiteren ist die Messspule derart angeordnet, dass sie das magnetoelastische Element umgibt.

Dadurch kann eine Verbesserung eines Signal-Rausch-Abstands eines Messsignals erreicht werden.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unter- ansprüchen angegeben.

Es kann dabei vorgesehen sein, dass der Sensor ein zweites E- lement aus Weicheisen oder geschichtetem Trafoblech aufweist und dieses zweite Element die Einspritzleitung zumindest teilweise umgibt und unmittelbar mit den Enden des magneto- elastischen Elements mechanisch verbunden ist.

Dadurch kann erreicht werden, dass der magnetische Kreis der Vormagnetisierung geschlossen ist und sich Permeabilitätsän- derungen im magnetoelastischen Element verstärken.

Es kann auch vorgesehen sein, dass der Sensor einen Hohlzy- linder aufweist, der koaxial zum magnetoelastischen Element und zur Einspritzleitung angeordnet ist, beabstandet zum mag- netoelastischen Element angeordnet ist und das magnetoelasti- sche Element und der Hohlzylinder mittels scheibenförmiger Abdeckelemente an den Stirnflächen mechanisch verbunden sind.

Dadurch kann eine verbesserte mechanische Stabilität erreicht werden. Des Weiteren ist auch hier der magnetische Kreis der Vormagnetisierung geschlossen.

Neben der koaxialen Anordnung der Vormagnetisierungsspule und der Messspule zur Einspritzleitung ist es auch möglich die Vormagnetisierungsspule und die Messspule tangential zur Ein- spritzleitung anzuordnen.

Dadurch kann erreicht werden, dass die magnetischen Feldli- nien immer im magnetoelastischen Material verlaufen und eben- falls ein geschlossener Kreis der Vormagnetisierung erreicht wird.

Mehrere Ausführungen der Erfindung werden im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen : Figur 1 a eine Darstellung des erfindungsgemäßen Sensors in axialer Richtung der Einspritzleitung, Figur 1 b eine perspektivische Darstellung des Sensors gemäß Figur 1 a, Figur 2 a ein Messsignal des Sensors gemäß Figur 1 a und b ohne Vormagnetisierung des magnetoelastischen Ele- ments, bei dem die Einspritzleitung zwischen einer Hochdruckpumpe und einem Einspritzventil angeordnet ist, und Figur 2 b ein Messsignal des Sensors gemäß Figur 1 a und b mit Vormagnetisierung des magnetoelastischen Ele- ments, bei dem die Einspritzleitung zwischen einer Hochdruckpumpe und einem Einspritzventil angeordnet ist, Figur 2 c ein Messsignal des Sensors gemäß Figur 1 a und b, bei dem die Einspritzleitung zwischen einem Hoch- druckspeicher und einem Einspritzventil angeordnet ist, Figur 3 ein zweites Ausführungsbeispiel des Sensors, Figur 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel des Sensors,

Figur 5 a ein Teilschnitt durch ein viertes Ausführungsbei- spiel des Sensors, und Figur 5 b eine perspektivische Darstellung des Sensors gemäß Figur 5 a.

Ein erfindungsgemäßer Sensor, der nachfolgend als Drucksensor bezeichnet wird, weist ein zylindersymmetrisches Element 1 (Figur 1) aus einem Werkstoff mit ausgeprägten magnetoelasti- schen Eigenschaften auf, das im Ausführungsbeispiel als Kern 1 bezeichnet wird. Der Kern 1 ist kraftschlüssig mit einer Einspritzleitung 2 verbunden und koaxial zur Einspritzleitung 2 angeordnet. Des Weiteren weist der Kern Nuten 3 a-h auf.

Die Nuten 3 a-h sind dabei paarweise symmetrisch angeord- net. So ist das Nutenpaar 3 a, b symmetrisch zum Nutenpaar 3 e, f bezüglich der Symmetrieachse I angeordnet. Das Nutenpaar 3 c, d ist symmetrisch zum Nutenpaar 3 g, h bezüglich der Symmetrieachse II angeordnet.

In die Nuten 3 a-h sind Vormagnetisierungsspulen 4,5,6,7 und Messspulen 8,9,10,11 eingearbeitet. Die Windungen der Vormagnetisierungsspulen 4,5,6,7 sowie die Windungen der Messspulen 8,9,10,11 sind dabei kraftschlüssig um den Kern 1 gewickelt. Für die Erfindung ist es nicht wichtig, dass die Windungen der Spulen 4-11 kraftschlüssig um den Kern l' gewickelt sind. Wichtig ist allerdings, dass sie in den durch die Nuten 3 a-h erzeugten Zwischenräumen angeordnet sind.

Die Windungen jeder Vormagnetisierungsspule 4,5,6,7 sind dabei derart gewickelt, dass jede Vormagnetisierungsspulen 4, 5,6,7 etwa bei der Hälfte der Windungsanzahl einen Zwi- schenraum bildet. In diesem Zwischenraum ist entsprechend je- weils eine Messspule 8,9,10,11 angeordnet. Sowohl die Vor- magnetisierungsspulen 4,5,6,7 als auch die Messspulen 8, 9,10,11 sind dabei tangential zur Einspritzleitung 2 ange- ordnet.

Durch die dargestellte Anordnung der Vormagnetisierungsspulen 4,5,6,7 und der Messspulen 8,9,10,11 sind die magneti- schen Feldlinien kreisförmig in tangentialer Richtung um die Einspritzleitung 2 geschlossen.

Tritt nun in der Einspritzleitung 2 eine Druckänderung auf- grund des Öffnens eines nicht dargestellten Einspritzventils auf, so führt dies zu einer Änderung der mechanischen Span- nungen. Über den magnetoelastischen Effekt haben die mechani- schen Spannungen einen Einfluss auf die relative Permeabili- tät des Materials der Einspritzleitung 2 und der Materialien des Drucksensors.

Radiale Druckspannungen werden in den Kern 1'über die vier Kontaktflächen zwischen dem Kern 1'und der Einspritzleitung 2 eingebracht und im Kern 1 in tangentiale Zugspannungen um- gesetzt. Die magnetischen Feldlinien und die mechanischen Spannungen verlaufen daher parallel. Durch die Geometrie des Drucksensors ist daher ein sehr gutes Messsignal zu erhalten.

Wesentlich ist nun, dass der aus magnetoelastischem Material bestehende Kern l'mittels der Vormagnetisierungsspulen 4,5, 6,7 vormagnetisiert wird. Dadurch führt die Änderung der re- lativen Permeabilität zu einer Änderung der magnetischen Flussdichte B und in den Messspulen 8,9,10,11 wird eine Spannung induziert.

Durch die Vormagnetisierung des Kerns 1'ist es möglich einen festen Arbeitspunkt einzustellen und einen wesentlich verbes- serten Signal-Rausch-Abstand des Messsignals zu erreichen.

Die in den Messspulen 8,9,10,11 induzierte Spannung Uind lässt sich durch nachfolgende Gleichung beschreiben : .'+2' Die Vorfaktoren al und a2 sind im allgemeinen Fall beide auf nichtlineare Weise vom Druck p und der Änderung des Drucks p

in der Einspritzleitung 2 abhängig. Durch geeignete Wahl des Stroms der durch die Vormagnetisierungsspulen 4,5,6,7 zum Zwecke der Vormagnetisierung des Kerns l'fließt, lassen sich die Vorfaktoren al und aZ beeinflussen. Dabei kann erreicht werden, dass entweder die Druckabhängigkeit oder die Abhän- gigkeit vom Druckgradienten vernachlässigbar ist. Dadurch ist die induzierte Spannung Uind entweder proportional zum Druck oder proportional zur Druckänderung.

In diesem Ausführungsbeispiel des Drucksensors ist somit eine variable Vormagnetisierung des Kerns l'möglich.

Das Signal der induzierten Spannung Uind wird durch einen nicht dargestellten Messwertverstärker verstärkt und an eine nicht dargestellte Steuereinheit angelegt, die das Signal auswertet. Die Auswertung des Signals kann auch über eine se- parate Auswerteeinheit durchgeführt werden.

Als vorteilhaft hat sich eine Windungszahl von je 20 für die Vormagnetisierungsspulen 4,5,6,7 erwiesen. Für die Mess- spulen 8,9,10,11 hat sich eine Windungszahl von je 25 als vorteilhaft erwiesen. Sowohl für die Vormagnetisierungsspulen 4,5,6,7 als auch für die Messspulen 8,9,10,11 kann auch eine höhere oder eine niedrigere Anzahl an Windungen verwen- det werden.

Für das Ausführungsbeispiel wurde als Werkstoff mit magneto- elastischen Eigenschaften für den Kern l'Vacoflux (50% Co- balt, 50% Eisen) verwendet. Es kann aber auch nur Nickel oder eine Legierung aus Nickel und Eisen, eine Legierung aus Eisen und Silizium oder eine Legierung aus Platin und Eisen verwen- det werden.

Die Anzahl der Vormagnetisierungsspulen kann ebenso wie die Anzahl der Messspulen weniger oder mehr als 4 betragen.

In Figur 2 a ist ein Verlauf einer in den Messspulen 8,9, 10,11 des Drucksensors gemäß Figur 1 a und b, der in der ausgeführten Form als Nutensensors bezeichnet wird, induzier- ten Spannung aufgetragen. Das Signal zeigt dabei den Span- nungsverlauf bei nicht vormagnetisiertem Nutensensor. Das Signal entspricht einem Druckverlauf an einer direkteinsprit- zenden Brennkraftmaschine beim Öffnen der Einspritzventile.

Aufgrund des Druckabfalls in der Einspritzleitung 2 beim Öff- nen des Einspritzventils, werden Schwingungen A, B, C der Einspritzleitung 2 erzeugt, die proportional der induzierten Spannung Uind sind und deutlich im Signalverlauf zu erkennen sind.

Im Gegensatz zu Figur 2 a ist in Figur 2 b die in den Mess- spulen 8,9,10,11 induzierte Spannung mit einer Vormagneti- sierung des Kerns l'des Nutensensors dargestellt. Im oberen Diagramm ist dabei das gemessene, im unteren Diagramm das in- tegrierte Signal dargestellt.

In den Figuren 2 a und b ist die Einspritzleitung 2 zwischen einer nicht dargestellten Hochdruckpumpe und dem Einspritz- ventil angeordnet. Die Hochdruckpumpe kann dabei als Vertei- lereinspritzpumpe ausgeführt sein, bei der ein Druckaufbau bei jedem Verbrennungstakt erfolgt.

In Figur 2 c ist ein für das Ausführungsbeispiel beispielhaf- ter Signalverlauf gezeigt, der einen Druckabfall an einem Hochdruckspeicher nach dem Öffnen eines Einspritzventils dar- stellt. Die Einspritzleitung 2 (Figur 1 a, b) ist dabei zwi- schen einem nicht dargestellten Kraftstoffhochdruckspeicher und einem Einspritzventil angeordnet.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel weist der Drucksensor ein Element 1 auf, das als Kern zu (Figur 3) bezeichnet wird und aus einem Werkstoff, der magnetoelastische Eigenschaften aufweist ist. Der Kern l''ist kraftschlüssig mit der Ein- spritzleitung 2 verbunden und umgibt die Einspritzleitung 2.

Der Drucksensor weist zudem eine Vormagnetisierungsspule 12 auf, deren Windungen so gewickelt sind, dass etwa bei der Hälfte der Windungszahl ein Zwischenraum vorhanden ist. Die Vormagnetisierungsspule 12 umgibt den Kern l''und ist kraft- schlüssig mit dem Kern 1 verbunden.

In diesem Zwischenraum der Vormagnetisierungsspule 12 ist ei- ne Messspule 13 angeordnet, die den Kern 1 kraftschlüssig umgibt. Des Weiteren ist ein Messverstärker 14 derart ange- ordnet, dass er einen möglichst kleinen Abstand zur Messspule 13 aufweist. Durch den möglichst kleinen Abstand des Messver- stärkers 14 zur Messspule 13 können Störeinstreuungen vermin- dert werden und somit ein besseres Signal-Rausch-Verhältnis erreicht werden.

Durch den durch die Vormagnetisierungsspule 12 fließenden Magnetisierungsstrom Imag wird ein Magnetfeld erzeugt, mit dem der Kern l vormagnetisiert wird.

In diesem Ausführungsbeispiel des Drucksensors, der als Zy- lindersensor bezeichnet wird, sind die Vormagnetisierungsspu- le 12 und die Messspule 13 koaxial zum hohlzylinderförmigen Kern 1 und zur Einspritzleitung 2 angeordnet.

Im Gegensatz zur Ausführungsform des Nutensensors (Figur la, b) ist beim Zylindersensor (Figur 3) ein offener magnetischer Kreis vorhanden. Zum Erreichen einer bestimmten magnetischen Flussdichte B ist daher eine größere magnetische Feldstärke H als beim geschlossenen magnetischen Kreis notwendig.

In einem dritten Ausführungsbeispiel (Figur 4) weist ein Zy- lindersensor (Figur 3) ein zweites Element 15 auf, dass als Joch 15'bezeichnet wird. Dieses Joch 15'umgibt die Ein- spritzleitung 2 zumindest teilweise und ist mit den ringför- migen Stirnflächen des zylinderförmigen Kerns 1 mechanisch verbunden.

Durch das Joch 15 werden die aus den Stirnflächen des Kerns l''austretenden magnetischen Feldlinien geschlossen. Dadurch weist der als Jochsensor bezeichnete Drucksensor einen ge- schlossenen magnetischen Kreis auf.

Vorteilhaft ist es, für das Material des Jochs 15'Weicheisen oder geschichtetes Trafoblech zu verwenden.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel (Figur 5 a) ist der Kern 1 eines Zylindersensors (Figur 3) von einem Hohlzylin- der 16 aus einem magnetoelastischem Werkstoff umgeben. Der Hohlzylinder 16 ist dabei koaxial zum Kern 1"und zur Ein- spritzleitung 2 angeordnet. Der innere Radius des Hohlzylin- ders 16 ist derart ausgeführt, dass ein Zwischenraum zwischen dem Kern l'', den Kern 1 umgebenden Vormagnetisierungs-und Messpulen 12,13 und der Innenwand des Hohlzylinders 16 vor- handen ist.

An den Stirnflächen des Kerns l''und des Hohlzylinders 16 sind Abdeckelemente 17 und 18 aus einem magnetoelastischem Werkstoff angeordnet. Mittels dieser scheibenförmigen Abdeck- elemente 17 und 18 ist der Kern l''und der Hohlzylinder 16 mechanisch verbunden und der als Topfsensor bezeichnete Drucksensor weist dadurch eine hohe mechanische Stabilität auf.

Auch dieser rotationssymmetrische Topfsensor weist einen ge- schlossenen magnetischen Kreis auf.

In Figur 5 b ist eine perspektivische Darstellung des Topf- sensors gezeigt, bei dem die rotationssymmetrische Anordnung des Topfsensors zu sehen ist.

In den Ausführungsbeispielen des Zylindersensors, des Joch- sensors und des Topfsensors ist eine Windungszahl von etwa 1000 für die Vormagnetisierungsspule und eine Windungsanzahl von etwa 2000 für die Messspule vorteilhaft.

Für das magnetoelastische Material des Zylindersensors, des Jochsensors und des Topfsensors ist Vacoflux oder Nickel vor- teilhaft.

Sowohl beim Zylindersensor, als auch beim Jochsensor oder beim Topfsensor kann eine andere Windungsanzahl sowohl für die Vormagnetisierungsspule als auch für die Messspule ver- wendet werden. Bei diesen drei Ausführungsformen ist es auch möglich, als magnetoelastisches Material Legierungen zu ver- wenden, die in den Ausführungen zum Nutensensor angegeben wurden.

In allen Ausführungsbeispielen können sowohl die Vormagneti- sierungsspule als auch die Messspule beabstandet zum Kern an- geordnet sein.

Die geometrische Form des Kerns kann in allen Ausführungsbei- spielen auch als Rechteck oder vieleckig ausgeführt sein.

Im Gegensatz zur Vormagnetisierungsspule ist bei der Messspu- le der Drahtquerschnitt so klein wie möglich zu wählen, da damit bei vorgegebenem Raum für die Windungen der Spulen die Windungszahlen und damit die induzierte Spannung maximiert werden können.

Mit einer ausreichend großen Vormagnetisierung des Kerns, kann erreicht werden, dass äußere magnetische Felder weitge- hend aus dem Kernmaterial verdrängt werden. Daher führt eine starke Vormagnetisierung des Kerns zu einer Vergrößerung der Störsicherheit gegenüber magnetischen Einstreuungen und zu einer Stabilisierung eines Arbeitspunktes.

Die magnetoelastischen Materialien reagieren unterschiedlich auf Zug-und Druckspannungen. Dadurch ist für eine Druckmes- sung mit Hilfe des magnetoelastischen Effekts ein Einstellen eines festen Arbeitspunkts notwendig. Dieser Arbeitspunkt ist

festgelegt durch eine Vormagnetisierung und damit durch eine eingeprägte magnetische Feldstärke H.

Allein ein mit der Einspritzleitung 2 kraftschlüssig verbun- dener Kern aus magnetoelastischem Material wird aufgrund sei- ner Steifigkeit die durch Druckschwankungen verursachten me- chanischen Schwingungen verringern. Daher ist der Durchmesser eines zylinderförmigen Kerns aus magnetoelastischem Material nicht beliebig groß wählbar. Durch die Vormagnetisierungsspu- len kann allerdings eine optimale Vormagnetisierung einge- stellt werden und damit ein für das verwendete magnetoelasti- sche Material optimaler Arbeitspunkt erreicht werden.

Mit den erfindungsgemäßen Sensoren kann erreicht werden, dass der Signal-Rausch-Abstand des Messsignals erheblich verbes- sert wird. Dadurch ist es möglich den Einspritzbeginn in den Brennraum der Brennkraftmaschine genauer zu bestimmen. Damit ist es möglich für einen einzelnen Einspritzvorgang-Vor-, Haupt-, oder Nacheinspritzung-eine Totzeit zwischen Ansteu- ern des Einspritzventils und dem Öffnen der Nadel der Ein- spritzdüse genauer zu bestimmen.

Des Weiteren wird dadurch ermöglicht die Funktion der Ein- spritzventile laufend zu überprüfen. Die ist besonders bei den Vor-und Nacheinspritzungen notwendig, da dort aufgrund der geringen Einspritzmengen kleine Nadelhübe einer Ein- spritzdüsennadel resultieren. Durch die dargestellten Ausfüh- rungsformen des Drucksensors ist es möglich, die Funktion des Einspritzventils, welches an derselben Einspritzleitung ange- ordnet ist wie der Drucksensor, hinsichtlich der Vor-und der Haupteinspritzung zu überprüfen.

Es ist auch möglich die Haupteinspritzungen an Einspritzven- tilen zu überprüfen, die nicht in der Einspritzleitung ange- ordnet sind, an der der Drucksensor angeordnet ist, mit dem gemessen wird.

Durch die variable Vormagnetisierung bei bestimmten Ausfüh- rungsformen des Drucksensors ist es zudem möglich qualitative Aussagen sowohl über die Druckschwankungen als auch über den Druck in den Einspritzleitungen zu treffen.