DE10150414A1

DE10150414A1 - Kraftstoffeinspritzsystem

Info

Publication number: DE10150414A1
Application number: DE2001150414
Authority: DE
Inventors: Kazuhide Watanabe; Yasuhiro Fukagawa; Michiyasu Moritsugu; Toshihiko Igashira; Yasuyuki Sakakibara
Original assignee: Denso Corp; Nippon Soken Inc
Current assignee: Denso Corp; Soken Inc
Priority date: 2000-10-12
Filing date: 2001-10-11
Publication date: 2002-06-20
Anticipated expiration: 2021-10-12
Also published as: DE10150414B4

Abstract

Bei einer Ladesteuerung eines Piezostapels (2A) einer Einspritzvorrichtung (4) drückt und treibt der Piezostapel (2A) durch den Öldruck einer Versetzungsverstärkungskammer (413) ein Ventilelement (423) einer Staudrucksteuereinheit (4b), das den Staudruck einer Nadel (421) aufnimmt. Eine Piezostapelspannung, die sich infolge eines piezoelektrischen Effekts in einer Ladestopperiode verringert, wird auf einen Spannungswert wiederhergestellt, der zum Halten des Ventilelementvollhubs erforderlich ist, indem die Ladestopperiode und dann eine zweite Ladeperiode nach einer ersten Ladestopperiode vorgesehen werden, wobei das Ventilelement (423) angehoben wird, und die Spitzenspannung des Piezostapels (2A) wird vermindert, die bei der ersten Ladeperiode erreicht wird.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Kraftstoffeinspritzsystem hinsichtlich der Steuerung eines an einer Einspritzvorrichtung angebrachten Piezoaktuators.

Als ein Kraftstoffeinspritzsystem mit gemeinsamer Leitung (common rail) für einen Verbrennungsmotor ist eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung bekannt, bei der ein Piezoaktuator eine Schaltsteuerung zwischen einer Kraftstoffeinspritzung und einem Kraftstoffeinspritzungsstopp betätigt. Eine derartige Einspritzvorrichtung bildet eine Staudruckkammer, in der mit hohem Druck beaufschlagter Kraftstoff aus einer gemeinsamen Leitung an der Rückseite einer Nadel in einer Düseneinheit eingeführt ist, in der ein Düsenloch ausgebildet ist, und sie schaltet die Drucksteuerung der Staudruckkammer durch eine Staudrucksteuereinheit um, wobei der Piezoaktuator bekannt ist. Die Staudrucksteuereinheit positioniert ein Ventilelement in einer Ventilkammer, die sich zwischen der Staudruckkammer und einer Niederdruckquelle befindet, und sie schaltet den hohen und den niedrigen Druck der Staudruckkammer. Der Piezoaktuator schiebt und treibt das Ventilelement in der Hubrichtung an, wenn ein Piezostapel geladen wird, und er verringert den Druck der Staudruckkammer, und dann wird die Nadel angehoben.

Bei einem Piezoaktuator wird die Schubkraft eines Piezostapels, der ein Ventilelement direkt gegen einen Kolben schiebt, durch Öldruck übertragen. Zum Beispiel ist zwischen einem Kolben mit kleinem Durchmesser an der Seite des Ventilelements und einem Kolben mit großem Durchmesser an der Seite des Piezostapels eine Versetzungsverstärkungskammer vorgesehen, und das Ventilelement wird durch einen Piezostapel mit geringem Ausdehnungsbetrag stark versetzt.

Ein Piezostapel dehnt sich bei einer Geschwindigkeit aus, die der Größe der Ladestromstärke entspricht, und die Stromstärke wird ausreichend groß festgelegt, um so ein Ansprechverhalten bei dem Hubvorgang eines Ventilelements zu verbessern. Des Weiteren wird der als der Schubdruck des Ventilelements vorgesehene Druck in der Versetzungsverstärkungskammer gespeichert, auch wenn das Ventilelement den Hubvorgang gestartet hat.

Hierbei ist ein stark isolierender Piezostapel erforderlich, und es ist notwendig, dass eine Treiberschaltung aus elektronischen Bauteilen mit hoher Durchschlagfestigkeit gebildet ist, falls es eine große Ladekapazität gibt und die Klemmenspannung eines Piezostapels groß ist. Falls des Weiteren der Vollhub eines Ventilelements gehalten werden kann, dann muss der Piezostapel nicht übermäßig geladen werden, bis das Ventilelement den Vollhub erreicht. In diesem Fall verringert sich der Druck der Versetzungsverstärkungskammer durch die Versetzung des Ventilelements, nachdem das Laden des Piezostapels gestoppt wurde, und die Klemmenspannung des Piezostapels verringert sich infolge eines piezoelektrischen Effekts, der aus einer Relaxatation der Piezostapelladung resultiert. Demgemäß muss die Ladekapazität diesen Spannungsabfall berücksichtigen. Die Spitzenspannung des Piezostapels erhöht sich, und dadurch entsteht ein Problem dahingehend, dass zum Beispiel die Kosten ansteigen oder die Abmaße größer werden.

Falls ein Ladestrom in einen Piezostapel auf jenes Maß reduziert wird, das zu einem Ansprechverhalten eines Ventilelements passt, dann verringert sich eine Druckreduzierungsspanne der Versetzungsverstärkungskammer von der Beendigung des Ladevorgangs bis zu dem Vollhub des Ventilelements. Demgemäß kann sich ein Spitzenspannungswert der Klemmenspannung des Piezostapels verringern, aber das Verhalten des Piezostapels wie zum Beispiel ein hohes Ansprechverhalten wird in diesem Fall schlechter.

Ein Kraftstoffeinspritzsystem mit gemeinsamer Leitung speichert Kraftstoff, dessen Druck durch eine Hochdruckförderpumpe in der gemeinsamen Leitung erhöht ist, und es führt den Kraftstoff von der gemeinsamen Leitung einer Einspritzvorrichtung für eine Kraftstoffeinspritzung zu.

Es gibt verschiedene Einspritzvorrichtungsaufbauten. Gemäß einer dieser Konfigurationen wird eine Nadel, die ein Düsenloch einer Düseneinheit öffnet und schließt, angehoben und abgesenkt, indem der Staudruck erhöht bzw. verringert wird, um die Einspritzung und eine Unterbrechung zu schalten, und es wird der Staudruck erhalten, der zum Einspritzen des Kraftstoffs aus der gemeinsamen Leitung genutzt wird. Der Staudruck wird erhöht bzw. verringert, wie dies nachfolgend beschrieben wird. Und zwar ist eine Ventilkammer zwischen einer Staudruckkammer, in der Kraftstoff von einer gemeinsamen Leitung eingeführt wird und die einen Staudruck erzeugt, und einer Niederdruckquelle wie zum Beispiel ein Kraftstoffbehälter angeordnet, und ein Ventilelement ist in der Ventilkammer angeordnet, das einen Anschluss seitens der Niederdruckquelle öffnet und schließt. Wenn dieses Ventilelement angehoben wird, dann werden die Staudruckkammer und die Niederdruckkammer verbunden, und der Staudruck wird verringert. Nachfolgend wird die Nadel angehoben, und eine Kraftstoffeinspritzung wird gestartet. Ein Zwei-Wege-Ventil oder ein Drei-Wege-Ventil wird als eine Staudruckerhöhungs- und Verringerungseinrichtung mit dieser Ventilkammer und dem Ventilelement verwendet.

Kürzlich wurde ein Piezoaktuator als ein Aktuator berücksichtigt, der ein Ventilelement antreibt und eine piezoelektrische Funktion eines piezoelektrischen Materials wie zum Beispiel PZT (Bleitzirkonattitanat) ausnutzt. Der Piezoaktuator ermöglicht ein Ausdehnen bzw. Zusammenziehen eines Piezostapels infolge einer Ladung und einer Entladung, um das Ventilelement zu schieben und anzutreiben. Zum Beispiel wird der Piezostapel infolge der Ladung ausgedehnt, und das Ventilelement wird von einem Ventilsitz seitens der Niederdruckquelle angehoben. Der Vorgang des Piezoaktuators wird dadurch geschaltet, dass eine Steuereinrichtung wie zum Beispiel ein Mikrocomputer eine Erregerschaltung steuert, die den Piezostapel in Abhängigkeit eines Einspritzbefehls lädt und entlädt.

Hierbei steuert ein Kraftstoffeinspritzsystem mit gemeinsamer Leitung einen Kraftstoffdruck in der gemeinsamen Leitung durch Einstellen eines Förderdruckbetrags des Kraftstoffs zu einer gemeinsamen Leitung zusammen mit der Kraftstoffeinspritzsteuerung, so dass der optimale Einspritzdruck erhalten werden kann, der den Betriebszuständen genügt. Wenn sich die Betriebszustände jedoch plötzlich von jenen Zuständen (hohe Geschwindigkeit und große Last), bei denen ein hoher Einspritzdruck erforderlich ist, zu jenen Zuständen (niedrige Geschwindigkeit und niedrige Last) ändern, bei denen ein vergleichsweise geringer Einspritzdruck erforderlich ist, dann kann der Kraftstoffdruck in der gemeinsamen Leitung nicht verringert werden. Falls der Kraftstoff in diesem unveränderten Druckzustand eingespritzt wird, dann wird dadurch Lärm erzeugt, oder das Abgas kann sich verschlechtern. Demgemäß wird nicht nur der Förderdruckbetrag in der gemeinsamen Leitung reduziert, sondern der Kraftstoff mit hohem Druck muss zwangsläufig aus dem Inneren der gemeinsamen Leitung strömen.

Wie dies vorstehend beschrieben ist, wird erachtet, dass ein Ventilelement mit einer am Sitz befindlichen Nadel angehoben wird und dass der Kraftstoff aus einer Staudruckkammer aus der Staudruckkammer freigesetzt wird, wenn eine Einspritzvorrichtung den Kraftstoff aus der gemeinsamen Leitung als ein Steueröl nutzt. Und zwar ist der Staudruck der Nadel in dem Ventilschließzustand insgesamt höher als der Druck, bei dem die Nadel das Ventil öffnet, und der am Sitz angeordnete Zustand wird aufrechterhalten, auch wenn sich der Staudruck um einiges verringert. Falls andererseits das Ventilelement zu dem Hubzustand (Halbhub) geschaltet wird, bei dem der Vollhub hinsichtlich der Nadelventilöffnungs- und Schließsteuerung nicht erreicht ist, dann ist eine Druckreduzierungsspanne in der Staudruckkammer klein. Wenn das Ventilelement zu dem Halbhub innerhalb jenes Bereiches geschaltet wird, in dem der Staudruck der Nadel nicht unter den Druck zum Öffnen des Ventils durch die Nadel fällt, dann strömt der Kraftstoff in der gemeinsamen Leitung demgemäß zu einem Kraftstoffbehälter zurück, und der Kraftstoffdruck in der gemeinsamen Leitung verringert sich.

Um einen Halbhub eines Ventilelements in jenem Fall zu implementieren, wenn der Piezoaktuator an der Einspritzvorrichtung angebracht ist, dann wird das Ventilelement bis zu der Ladekapazität aufgeladen, bei der das Ventilelement dem Kraftstoffdruck einer Ventilkammer gleich wie dem Druck in der gemeinsamen Leitung standhält, so dass das Ventilelement von jenem Zustand angehoben werden kann, bei dem es an dem Sitz angeordnet ist. Andererseits wird das Ventilelement geladen, wobei die Ladekapazität der oberen Grenze (Nicht-Einspritz-Grenze) nicht überschritten wird, bei der die Nadel in dem Ventil-Schließ-Zustand (Nicht-Einspritz-Zustand) gehalten werden kann.

Wenn jedoch das Ventilelement in dem am Sitz angeordneten Zustand ist, dann ist der Bereich der Druckaufnahmefläche des Ventilelements klein, an der der Kraftstoffdruck der Ventilkammer in der Hubrichtung wirkt, und der Kraftstoffdruck der Ventilkammer ist ungefähr gleich wie der Kraftstoffdruck in der gemeinsamen Leitung. Demgemäß geht die in der Sitzrichtung wirkende Kraft in einen stark dominierenden unausgeglichenen Druckzustand über. Im Gegensatz dazu verringert sich der Kraftstoffdruck der Ventilkammer, und die Druckaufnahmefläche des Ventilelements vergrößert sich, an der der Kraftstoffdruck in der Hubrichtung wirkt, wenn das Ventilelement einmal angehoben ist. Daher erreicht die Kraft, die in der Sitzrichtung wirkt, jene Kraft, die in der Hubrichtung wirkt, und der unausgeglichene Druckzustand wird entspannt.

Da diese Relaxatation des unausgeglichenen Druckzustands in jener Richtung wirkt, in der sich ein Piezostapel ausdehnt, ist ein Hubbetrag eines Ventilelements vergleichsweise nur dann groß, wenn das Ventilelement die untere Grenze einer Ladekapazität geringfügig überschreitet, bei der das Ventilelement angehoben werden kann. Es gibt daher einen Spielraum bis zu einer Nicht-Einspritz-Grenze, und die Ladekapazität des Piezostapels muss an der untersten Grenze festgelegt sein. Wenn andererseits die Ladekapazität des Piezostapels in dieser Art und Weise auf die unterste Grenze festgelegt wird, dann kann das Ventilelement nicht stabil angehoben werden. Und zwar ist der Bereich der Ladekapazität des Piezostapels nicht notwendigerweise groß, in dem das Ventilelement auf den Halbhub geschaltet werden kann. Zum Reduzieren des Kraftstoffdrucks in der gemeinsamen Leitung bei dem Halbhub des Ventilelements muss demgemäß eine beträchtlich genaue Ladekapazität verglichen mit jenem Fall gesteuert werden, wenn der Piezostapel in einfacher Weise auf einen binären Wert zum Laden bzw. Entladen geschaltet wird, und das Öffnen bzw. Schließen der Nadel wird lediglich gesteuert.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Kraftstoffeinspritzsystem vorzusehen, bei dem der Spitzenspannungswert der Klemmenspannung eines Piezostapels nicht übermäßig erhöht ist und dass das Öffnen und Schließen einer Einspritzvorrichtung steuern kann, ohne dass ein hohes Ansprechverhalten des Piezostapels beeinträchtigt wird.

Ein weiterer Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist es, ein Kraftstoffeinspritzsystem vorzusehen, das ein Ventilelement stabil zu dem Halbhub schalten kann.

Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung hat das Kraftstoffeinspritzsystem eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung einschließlich einer Nadel, die ein Düsenloch öffnet und schließt und mit hohem Druck beaufschlagten Kraftstoff aus dem Düsenloch einspritzt, einer Staudruckkammer, in der Kraftstoff eingeführt ist und die den Staudruck der Nadel erzeugt, einer Staudrucksteuereinheit, die den hohen und niedrigen Druck der Staudruckkammer durch Anordnen eines Ventilelements in einer Ventilkammer schaltet, die zwischen der Staudruckkammer und einer Niederdruckquelle angeordnet ist, und eines Piezoaktuators, der die Schub/Druckkraft eines Piezostapels mittels Öldruck auf einen Kolben überträgt, der das Ventilelement direkt schiebt und der das Ventilelement in die Hubrichtung drückt und antreibt, wenn der Piezostapel geladen wird. Eine Erregereinrichtung bewirkt eine elektrische Stromleitung zu dem Piezostapel und ein Laden und Entladen des Piezostapels. Eine Steuereinrichtung steuert das Laden und das Entladen durch die Erregereinrichtung, und sie erhöht und verringert den Druck der Staudruckkammer.

Die Steuereinrichtung ist so festgelegt, dass in der Ventilelementbetätigungsperiode von dem Start des Hubs des Ventilelements bis zu dem Vollhub eine Spannungsabfallperiode vorgesehen werden kann, in der ein Ladestrom reduziert ist und die Klemmenspannung des Piezostapels abfällt, und dass in der Ventilelementbetätigungsperiode nach dem Start eines Spannungsabfalls eine Ladeperiode vorgesehen werden kann, in der der Ladestrom fließt, nachdem der Spannungsabfall gestartet ist.

Beim Beginn der Spannungsabfallperiode, bei dem ein Abfall der Klemmenspannung eines Piezostapels auch dann beginnt, wenn die Piezostapelspannung nicht so hoch ist, kann die Klemmenspannung des Piezostapels am Ende der Ladeperiode nach dem Start eines Spannungsabfalls auf einen Spannungswert mit einem Spielraum in Abhängigkeit einer Spannung festgelegt werden, die zum Halten eines Ventilelements in dem Vollhub erforderlich ist, indem in der Ladeperiode nach dem Start des Spannungsabfalls geladen wird.

Da des Weiteren ein ausreichender Ladestrom fließen kann, bis der Ladestrom reduziert ist, kann ein Verhalten wie zum Beispiel ein hohes Ansprechverhalten eines Piezostapels effizient genutzt werden.

Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung hat ein Kraftstoffeinspritzsystem eine Einspritzvorrichtung einschließlich einer Düseneinheit mit einer Nadel, die ein Düsenloch öffnet und schließt und die mit hohem Druck beaufschlagten Kraftstoff zuführt, der in einer gemeinsamen Leitung gespeichert ist, und Kraftstoff aus dem Nadelloch einspritzt, einer Staudruckkammer, in der Kraftstoff aus der gemeinsamen Leitung eingeführt ist und die den Staudruck der Nadel erzeugt, und einer Staudruckerhöhungs- und Verringerungseinrichtung einschließlich eines Ventilelements in einer Ventilkammer, die zwischen der Staudruckkammer und einer Niederdruckquelle angeordnet ist, wobei ein Anschluss an der Niederdruckseite geschlossen werden kann und der Druck der Staudruckkammer verringert werden kann, wenn sich ein Hubbetrag des Ventilelements erhöht, und eines Piezoaktuators, der einen Piezostapel hat, der das Ventilelement drückt und antreibt und den Hubbetrag des Ventilelements erhöht, wenn sich die Ladekapazität des Piezostapels erhöht. Eine Erregereinrichtung erregt den Piezostapel und bewirkt ein Laden und Entladen des Piezostapels. Eine Steuereinrichtung schaltet das Ventilelement zwischen dem am Sitz angeordneten Zustand, dem Vollhubzustand und dem Halbhubzustand gemäß einem vorbestimmten Befehl, indem eine elektrische Stromleitung durch die Erregereinrichtung gesteuert wird.

Die Steuereinrichtung ist so festgelegt, dass sie eine eingestellte Entladung bewirkt, bei der in der Periode eines Befehls, mit dem das Ventilelement geschaltet wird, der Piezostapel bis zu einer ersten Ladekapazität geladen wird, bei der das Ventilelement auf den Halbhub angehoben werden kann, und der Piezostapel wird bis zu einer vorbestimmten zweiten Ladekapazität entladen, wenn das Ventilelement angehoben ist.

Da sich die Ladekapazität verringert, nachdem das Ventilelement angehoben wurde, kann eine geringere Ladekapazität als jene Ladekapazität, bei der das Ventilelement angehoben werden kann, festgelegt werden, wenn das Ventilelement zu dem Halbhub geschaltet wird. Demgemäß kann der Bereich der Ladekapazität, in dem das Ventilelement zu dem Halbhub geschaltet werden kann, im Wesentlichen erweitert werden. Somit wird ein stabiler Halbhub implementiert.

Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung hat ein Kraftstoffeinspritzsystem eine Einspritzvorrichtung einschließlich einer Düseneinheit mit einer Nadel, die ein Düsenloch öffnet und schließt und die mit hohem Druck beaufschlagten Kraftstoff zuführt, der in einer gemeinsamen Leitung gespeichert ist, und die den Kraftstoff aus dem Nadelloch einspritzt, einer Staudruckkammer, in der der Kraftstoff aus der gemeinsamen Leitung eingeführt ist und die den Staudruck der Nadel erzeugt, und einer Staudruckerhöhungs- und Verringerungseinrichtung einschließlich eines Ventilelements in einer Ventilkammer, die zwischen der Staudruckkammer und einer Niederdruckquelle angeordnet ist, wobei ein Anschluss an der Niederdruckseite geschlossen werden kann und der Druck der Staudruckkammer verringert werden kann, wenn sich ein Hubbetrag des Ventilelements erhöht, und eines Piezoaktuators, der einen Piezostapel hat, der das Ventilelement drückt und antreibt und den Hubbetrag des Ventilelements erhöht, wenn sich die Ladekapazität des Piezostapels erhöht. Eine Erregereinrichtung erregt den Piezostapel und bewirkt ein Laden und Entladen des Piezostapels. Eine Steuereinrichtung schaltet das Ventilelement zwischen dem am Sitz angeordneten Zustand und dem Vollhubzustand in Abhängigkeit eines Kraftstoffeinspritzbefehls und öffnet und schließt die Nadel durch Steuern einer elektrischen Stromleitung durch die Erregereinrichtung, und sie schaltet das Ventilelement zu dem Vollhubzustand, bis die Nadel am Sitz angeordnet ist, in Abhängigkeit eines Druckreduzierbefehls für den Kraftstoffdruck in der gemeinsamen Leitung.

Die Steuereinrichtung ist so festgelegt, dass sie eine eingestellte Entladung bewirkt, bei der in der Periode eines Befehls, mit dem das Ventilelement geschaltet wird, der Piezostapel auf eine erste Ladekapazität geladen wird, bei der das Ventilelement auf den Halbhub angehoben werden kann, und der Piezostapel wird auf eine vorbestimmte zweite Ladekapazität entladen, wenn das Ventilelement angehoben ist, und die zweite Ladekapazität ist unter der oberen Grenze, bei der die Nadel in dem am Sitz angeordneten Zustand gehalten werden kann, und jenseits der unteren Grenze festgelegt, bei der das Ventilelement in dem Vollhubzustand gehalten werden kann, nachdem es angehoben wurde.

Da sich die Ladekapazität verringert, nachdem das Ventilelement angehoben wurde, wird eine geringere Ladekapazität als jene Ladekapazität festgelegt, bei der das Ventilelement angehoben werden kann, wenn das Ventilelement zu dem Halbhub geschaltet wird. Demgemäß ist der Bereich der Ladekapazität, in dem das Ventilelement zu dem Halbhub geschaltet werden kann, im Wesentlichen erweitert. Somit wird ein stabiler Halbhub implementiert.

Zusätzliche Gesichtspunkte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung ihrer bevorzugten Ausführungsbeispiele zusammen mit den beigefügten Zeichnungen ersichtlich:

Fig. 1 zeigt eine Querschnittsansicht eines Kraftstoffeinspritzsystems (erstes Ausführungsbeispiel);

Fig. 2 zeigt eine schematische Ansicht des Kraftstoffeinspritzsystems (erstes Ausführungsbeispiel);

Fig. 3 zeigt eine schematische Ansicht einer elektrischen Schaltung des Kraftstoffeinspritzsystems (erstes Ausführungsbeispiel);

Fig. 4 zeigt eine Zeitkarte eines Betriebs des Kraftstoffeinspritzsystems (erstes Ausführungsbeispiel);

Fig. 5 zeigt eine Querschnittansicht eines Kraftstoffeinspritzsystems (zweites Ausführungsbeispiel);

Fig. 6 zeigt eine schematische Ansicht einer elektrischen Schaltung des Kraftstoffeinspritzsystems (drittes Ausführungsbeispiel);

Fig. 7 zeigt eine Zeitkarte des Betriebs des Kraftstoffeinspritzsystems (drittes Ausführungsbeispiel);

Fig. 8 zeigt eine Querschnittsansicht eines Kraftstoffeinspritzsystems (viertes Ausführungsbeispiel);

Fig. 9 zeigt eine schematische Ansicht des Kraftstoffeinspritzsystems (viertes Ausführungsbeispiel);

Fig. 10 zeigt eine schematische Ansicht einer elektrischen Schaltung des Kraftstoffeinspritzsystems (viertes Ausführungsbeispiel);

Fig. 11 zeigt eine grafische Darstellung zum Erläutern einer Steuerung, die bei einer Steuerschaltung einer Piezoaktuatorantriebsschaltung ausgeführt wird (viertes Ausführungsbeispiel);

Fig. 12 zeigt eine Flusskarte einer Steuerung, die in der Steuerschaltung ausgeführt wird (viertes Ausführungsbeispiel);

Fig. 13 zeigt eine Klemmenspannung, einen Ladestrom und einen Entladestrom eines an der Einspritzvorrichtung angebrachten Piezostapels (viertes Ausführungsbeispiel);

Fig. 14 zeigt eine schematische Ansicht einer elektrischen Schaltung des Kraftstoffeinspritzsystems (fünftes Ausführungsbeispiel); und

Fig. 15 zeigt eine Flusskarte einer Steuerung, die bei der Steuerschaltung der Piezoaktuatorantriebsschaltung ausgeführt wird (fünftes Ausführungsbeispiel).

(Erstes Ausführungsbeispiel)

Die Fig. 1, 2 und 3 zeigen ein Kraftstoffeinspritzsystem mit gemeinsamer Leitung für einen Dieselmotor, auf dem die vorliegende Erfindung angewendet wird. Die Fig. 2 zeigt den Gesamtaufbau, wobei je eine Einspritzvorrichtung 4 entsprechend der Anzahl der Zylinder des Dieselmotors für einen der Zylinder vorgesehen ist (in dem Beispiel, das in der Zeichnung gezeigt ist, ist nur eine Einspritzvorrichtung 4 gezeigt), und sie nimmt eine Kraftstoffzufuhr aus einer gemeinsamen Leitung 54 auf, die mit einer Zuführungsleitung 55 verbunden ist. Der Kraftstoff eines Kraftstoffbehälters 51 wird durch Druck mittels einer Hochdruckförderpumpe 53 zugeführt und mit hohem Druck gespeichert.

Die Einspritzvorrichtung 4 wird durch eine Antriebsschaltung 1 als eine Erregereinrichtung, durch eine ECU 3 als eine Steuereinrichtung und durch einen Drucksensor 57 gesteuert. Die Antriebsschaltung 1 nimmt ein Steuersignal von der ECU 3 auf und lädt und entlädt einen Piezostapel 2A (siehe Fig. 1), der nach der Einspritzvorrichtung 4 beschrieben wird. Zum Beispiel wird Kraftstoff aus der Einspritzvorrichtung 4 in eine Verbrennungskammer eines jeweiligen Zylinders bei dem Einspritzdruck, der ungefähr gleich ist wie der Druck in der gemeinsamen Leitung, in einer erforderlichen Periode nur für einen erforderlichen Zeitraum eingespritzt.

Der Drucksensor 57 ist in der gemeinsamen Leitung 54 vorgesehen und erfasst den Druck in der gemeinsamen Leitung. Auf der Grundlage des Erfassungsergebnisses steuert die ECU 3 ein Dosierventil 52, und ein Förderdruckbetrag des Kraftstoffs in der gemeinsamen Leitung 54 wird eingestellt, und dann steuert sie den Druck in der gemeinsamen Leitung derart, dass er zu einem geeigneten Einspritzdruck wird, der den aus anderen Sensoreingaben bekannten Betriebszuständen genügt.

Des Weiteren wird der aus der gemeinsamen Leitung 54 zu der Einspritzvorrichtung 4 zugeführte Kraftstoff außerdem als das Steueröl der Einspritzvorrichtung 4 zusätzlich zu der Einspritzung in die Verbrennungskammer verwendet, und er strömt von der Einspritzvorrichtung 4 über eine Niederdruckablassleitung 56 zu dem Kraftstoffbehälter 51 zurück.

Die Fig. 1 zeigt einen Querschnitt der Einspritzvorrichtung 4, wobei die Einspritzvorrichtung 4 ein zylindrischer Körper ist und so angebracht ist, dass der untere Endabschnitt bezüglich der Zeichnung eine Verbrennungskammerwand eines Motors durchdringen kann, die in der Zeichnung nicht dargestellt ist, und dass er in die Verbrennungskammer hinein ragen kann. Die Einspritzvorrichtung 4 besteht aus einer Düseneinheit 4a, einer Staudrucksteuereinheit 4b und einem Piezoaktuator 4c, die nacheinander von der unteren Seite aus angeordnet sind.

Eine Nadel 421 ist in dem Hauptkörper der Düseneinheit 4a so gehalten, dass sie an dem hinteren Ende frei gleitet, und dass sie an einen ringartigen Sitz 4041 angeordnet oder von diesem getrennt wird, der an der Spitze der Düseneinheit 4a ausgebildet ist. Mit hohem Druck beaufschlagter Kraftstoff wird aus der gemeinsamen Leitung 54 in einen Ringraum 405 an der Spitze der Nadel 421 durch einen Hochdruckkanal 401 hindurch eingeführt, und der Kraftstoff wird aus einem Nadelloch 403 eingespritzt, wenn die Nadel angehoben wird. An der Nadel 421 wirkt der Kraftstoffdruck aus dem Hochdruckkanal 401 in der Hubrichtung (nach oben) an der ringartig abgestuften Fläche 4211.

Der Kraftstoff wird als ein Steueröl aus dem Hochdruckkanal 401 an der Rückseite der Nadel 421 durch eine Einlassöffnung 407 eingeführt, und eine Staudruckkammer 406 ist ausgebildet, die den Staudruck der Nadel 421 erzeugt. Dieser Staudruck wirkt in der Sitzrichtung (nach unten) an einer hinteren Endseite 4212 zusammen mit einer in der Staudruckkammer 406 angeordneten Feder 422.

Der Staudruck wird durch die Staudrucksteuereinheit 4b geschaltet, und die Staudrucksteuereinheit 4b wird durch den Piezoaktuator 4c mit dem Piezostapel 2A angetrieben.

Die Staudruckkammer 406 ist stets mit einer Ventilkammer 410 der Staudrucksteuereinheit 4b durch eine Auslassöffnung 409 in Verbindung. Die Ventilkammer 410 erlaubt eine Ausbildung der Deckenfläche 4101 mit einer nach oben gerichteten und elliptischen Form, und sie ist mit einer Niederdruckkammer 411 an dem obersten Abschnitt der Deckenfläche 4101 verbunden. Die Niederdruckkammer 411 ist mit einem Niederdruckkanal 402 in Verbindung, der mit der Ablassleitung 56 verbunden ist.

Ein Hochdrucksteuerkanal 408, der von dem Hochdruckkanal 401 abzweigt, mündet an dem Boden 4102 der Ventilkammer 410.

Eine Kugel 423, deren unterer Abschnitt horizontal abgeschnitten ist, ist in der Ventilkammer 410 angeordnet. Die Kugel 423 ist ein Ventilelement, das sich nach oben und nach unten bewegen kann. Wenn sich die Kugel absenkt, dann ist sie an dem Ventilkammerboden (nachfolgend als ein Sitz an der Hochdruckseite bezeichnet) 4102 als ein Ventilsitz an der Schnittfläche angeordnet, und sie schneidet die Ventilkammer 410 von dem Hochdrucksteuerkanal 408 ab. Wenn sich die Kugel anhebt, dann wird sie an der Deckenfläche (nachfolgend als ein Sitz an der Niederdruckseite bezeichnet) 4101 als der Ventilsitz angeordnet, und sie schneidet die Ventilkammer 410 von der Niederdruckkammer 411 ab. Wenn sich die Kugel 423 absenkt, dann ist die Staudruckkammer 406 demgemäß mit der Niederdruckkammer 411 durch die Auslassöffnung 409 und die Ventilkammer 410 in Verbindung. Dann verringert sich der Staudruck der Nadel 421, und die Nadel 421 wird angehoben. Wenn sich die Kugel 423 anhebt, dann ist die Staudruckkammer 406 andererseits von der Niederdruckkammer 411 abgeschnitten, und sie steht nur mit dem Hochdruckkanal 401 in Verbindung, und dann wird die Nadel 421 durch eine Erhöhung des Staudrucks an den Sitz angeordnet.

Die Kugel 423 wird durch den Piezoaktuator 4c gedrückt und angetrieben. Der Piezoaktuator 4c ermöglicht, dass zwei Kolben 424 und 425 mit unterschiedlichen Durchmessern in einem in der vertikalen Richtung über den Niederdruckkammer 411 längs ausgebildeten Loch 412 so gehalten sind, dass sie frei gleiten, und dass der Piezostapel 2A über der oberen Seite des Kolbens 425 mit großem Durchmesser angeordnet ist, wobei die vertikale Richtung als die Ausdehnungsrichtung bestimmt ist.

Der Kolben 425 mit großem Durchmesser bleibt in einem Berührungszustand mit dem Piezostapel 2A unter Verwendung einer Feder 426, die an der unteren Seite vorgesehen ist und in der vertikalen Richtung nur mit dem gleichen Ausdehnungsbetrag des Piezostapels 2A versetzt wird.

Der durch den Kolben 424 mit kleinem Durchmesser, den Kolben 425 mit großem Durchmesser und das längs ausgebildete Loch 412 getrennte Raum ist mit Kraftstoff gefüllt und wird als eine Versetzungsverstärkungskammer 413 genutzt. Wenn der Kolben 425 mit großem Durchmesser infolge der Ausdehnung des Piezostapels 2A nach unten versetzt wird und der Kraftstoff der Versetzungsverstärkungskammer 413 gedrückt wird, dann wird die Schub/Druckkraft auf den Kolben 424 mit kleinem Durchmesser durch den Kraftstoff in der Versetzungsverstärkungskammer 413 übertragen. Hierbei wird ein Ausdehnungsbetrag des Piezostapels 2A verstärkt und zu der Versetzung des Kolbens 424 mit kleinem Durchmesser umgewandelt, da der Kolben 424 mit kleinem Durchmesser einen kleineren Durchmesser als der Kolben 425 mit großem Durchmesser hat.

Die Versetzungsverstärkungskammer 413 ist mit dem Niederdruckkanal 402 durch ein nicht in der Zeichnung gezeigtes Rückschlagventil verbunden, so dass sie jederzeit mit reichlich Kraftstoff gefüllt ist. Bei dem Rückschlagventil die Richtung als die Vorwärtsrichtung bestimmt, die von dem Niederdruckkanal 402 zu der Versetzungsverstärkungskammer 413 gerichtet ist. Wenn der Kolben 425 mit großem Durchmesser infolge der Ausdehnung des Piezostapels 2A geschoben wird, dann wird das Rückschlagventil geschlossen und der Kraftstoff ist in der Versetzungsverstärkungskammer 413 eingeschlossen.

Im Falle einer Kraftstoffeinspritzung wird der Piezostapel 2A zunächst geladen und er dehnt sich aus, und dann wird der Kolben 424 mit kleinem Durchmesser abgesenkt und die Kugel 423 wird nach unten gedrückt. Da die Kugel 423 von dem Sitz 4101 an der Niederdruckseite getrennt wird und an dem Sitz 4102 an der Hochdruckseite angeordnet wird, gelangt die Niederdruckkammer 406 demgemäß dann mit dem Niederdruckkanal 402 in Verbindung, wobei sich der Kraftstoffdruck der Staudruckkammer 406 verringert. Demgemäß wird die Kraft, die an der Nadel 421 in der Trennrichtung wirkt, größer als jene Kraft, die in der Sitzrichtung wirkt. Dann wird die Nadel 421 angehoben und die Kraftstoffeinspritzung wird gestartet.

Im Gegensatz dazu wird im Falle eines Einspritzstopps der Piezostapel 2A entladen, und er zieht sich zusammen, und dann wird die nach unten drückende Kraft an der Kugel 423 abgeschwächt. Zu diesem Zeitpunkt wirkt der an der gesamten Kugel 423 wirkende Kraftstoffdruck nach oben, da das Innere der Ventilkammer 410 unter niedrigem Druck gesetzt ist und der mit hohem Druck beaufschlagte Kraftstoff aus dem Hochdrucksteuerkanal 408 auf den Boden der Kugel 423 wirkt. Nachfolgend wird die Kugel 423 infolge der Abschwächung der Niederdrückungskraft auf die Kugel 423 von dem Sitz 4102 an der Hochdruckseite getrennt und erneut an den Sitz 4101 an der Niederdruckseite angeordnet. Demgemäß wird die Nadel 421 an den Sitz angeordnet und die Einspritzung wird gestoppt, da der Kraftstoffdruck der Ventilkammer 410 erhöht wird.

Die Fig. 3 zeigt die elektrische Schaltungskonfiguration von diesem Kraftstoffeinspritzsystem einschließlich der Antriebsschaltung 1, die den Piezostapel 2A betätigt, einer integrierten Batterie 111, eines Gleichstromwandlers 112 und einer Pufferkapazität 113, wodurch eine Gleichstromversorgung 11 gebildet ist. Der Gleichstromwandler 112 ist eine allgemein bekannte Hochsetzsteller-Schaltung und erzeugt eine Gleichstromspannung von einigen zehn bis hundert Volt aus der Batterie 111. Die elektrische Ladung zum Laden des Piezostapels 2A und der Piezostapel 2B, 2C und 2D ist in der Pufferkapazität 113 gespeichert. Die Piezostapel 2B, 2C und 2D sind Piezostapel der Einspritzvorrichtung für die übrigen drei Zylinder, und sie sind im Wesentlichen identisch mit dem Piezostapel 2A. Schalter 15A, 15B, 15C und 15D sind mit dem Piezostapeln 2A-2D im Verhältnis Eins-Zu-Eins in Reihe geschaltet. Die Antriebsschaltung 1 wirkt nur auf denjenigen Piezostapel 2A-2D, der dem Schalter 15A-15D entspricht, welcher entsprechend dem Schaltvorgang eines Einspritzzylinders eingeschaltet ist, wodurch das Laden und Entladen bewirkt wird.

In einer Erregerstromleitung von der Pufferkapazität 113 zu den Piezostapeln 2A-2D sind zwischen der Pufferkapazität 113 und den Piezostapeln 2A-2D eine Induktivität 12 und ein erster Schalter 13 in Reihe vorgesehen. Wenn der EIN- und AUS-Zustand des ersten Schalters 13 geschaltet wird, dann wird ein erster LC-Schwingkreis geöffnet und geschlossen, nämlich die Pufferkapazität 113 bis zu der Induktivität 12 und den Piezostapeln 2A-2D.

Der erste LC-Schwingkreis wird zum Zeitpunkt des Ladens gebildet, und die Piezostapel 2A-2D werden entsprechend der EIN-Zustand-Zeit des ersten Schalters 13 geladen. Andererseits wird zum Zeitpunkt der Entladung ein zweiter LC-Schwingkreis gebildet, und die Piezostapel 2A-2D werden entladen, indem ein zweiter Schalter 14 eingeschaltet wird.

Die Schalter 13 und 14 werden durch ein Steuersignal von der ECU 3 betätigt. Die ECU 3 startet die Ladungssteuerung der Piezostapel 2A-2D, wenn ein intern erzeugtes binäres Einspritzsignal zum Beispiel auf "H" festgelegt ist, und sie startet die Entladungssteuerung der Piezostapel 2A-2D, wenn dieses auf "L" festgelegt ist.

Des Weiteren wird die Klemmenspannung (nachfolgend zur Vereinfachung als Piezostapelspannung bezeichnet) der Piezostapel 2A-2D durch die ECU 3 überwacht, und die ECU 3 übt die Ladungssteuerung der Piezostapel 2A-2D auf der Grundlage der Piezostapelspannung aus.

Die Fig. 4 zeigt eine Zeitkarte des Betriebszustands von jeder Einheit von diesem Kraftstoffeinspritzsystem einschließlich der EIN- und AUS-Zustände der Schalter 13 und 14. Demgemäß wird der Betrieb von diesem Kraftstoffeinspritzsystem zusammen mit den Festlegungen der Steuersignale der Schalter 13 und 14 in der ECU 3 beschrieben.

Wenn ein Einspritzsignal auf "H" festgelegt ist, dann wird der erste Schalter 13 eingeschaltet. Demgemäß fließt der aus den Piezostapeln 2A-2D heraus- und hinein fließende Strom (nachfolgend als Piezostapelstrom bezeichnet) in der Ladungsrichtung. Nachfolgend wird eine Piezostapelspannung erhöht, und der Druck (Versetzungsverstärkungskammerdruck) der Versetzungsverstärkungskammer 413 erhöht sich. Wenn der Versetzungsverstärkungskammerdruck den minimalen Druck (als Kugelbetätigungsstartdruck bezeichnet) erreicht, bei dem die Kugel 423 angehoben werden kann, dann startet das Anheben der Kugel 423, und die Staudruckkammer 406 ist mit dem Niederdruckkanal 402 durch die Ventilkammer 410 hindurch in Verbindung, und dann verringert sich der Druck (nachfolgend als Staudruckkammerdruck bezeichnet). Außerdem wird die Piezostapelspannung nachfolgend als Kugelbetätigungsstartspannung bezeichnet, wenn der Versetzungsverstärkungskammerdruck den Kugelbetätigungsstartdruck erreicht.

Nachfolgend wird der erste Schalter 13 ausgeschaltet. Die Ausdehnung des Piezostapels 2A wird gestoppt, und nur der Kolben 424 mit kleinem Durchmesser wird abgesenkt, und dann verringert sich der Versetzungsverstärkungskammerdruck. Wenn sich Lasten der Piezostapel 2A und 2D infolge dieses Abfalls des Versetzungsverstärkungskammerdrucks verringern, dann verringert sich die Piezostapelspannung infolge des piezoelektrischen Effekts der Piezostapel 2A-2B entsprechend der Verringerung des Versetzungsverstärkungskammerdrucks. Dann nähert sich der Druck dem minimalen Druck, der zum Halten der Kugel 423 in dem Vollhubzustand erforderlich ist (nachfolgend als erforderlicher Kugelvollhubhaltedruck bezeichnet). Außerdem wird die Piezostapelspannung als erforderliche Kugelvollhubhaltespannung bezeichnet, wenn der Versetzungsverstärkungskammerdruck den erforderlichen Kugelvollhubhaltedruck erreicht.

Wenn eine Piezostapelspannung eine vorbestimmte Schwellspannung erreicht (diese wird über die erforderliche Kugelvollhubhaltespannung hinaus festgelegt. Sie sollte wie in dem in der Zeichnung gezeigten Beispiel auf einen geringfügig größeren Wert als die erforderliche Kugelvollhubhaltespannung festgelegt sein), dann wird dies von der ECU 3 erfasst, und sie schaltet den ersten Schalter 13 ein. Demgemäß wird das Laden der Piezostapel 2A-2D erneut gestartet, und die Piezostapel 2A-2D dehnen sich aus, und dann beginnt die Erhöhung der Piezostapelspannung und des Versetzungsverstärkungskammerdrucks. Nachfolgend wird der erste Schalter 13 nach einer voreingestellten Ladezeit ausgeschaltet.

Das Laden der Piezostapel 2A-2D wird zweimal ausgeführt, wobei dazwischen in dieser Art und Weise eine temporäre Halteperiode vorgesehen ist, und die Länge der ersten Ladeperiode ist so festgelegt, dass die Piezostapelspannung eine geringfügig größere Spannung als die Kugelbetätigungsstartspannung erreichen kann.

Wenn des Weiteren die Länge der zweiten Ladeperiode in jener Zeit festgelegt ist, wenn die Kugel 423 fast vollständig angehoben ist und die Kugel 423 in den Vollhubzustand eintritt, dann überschreitet die Piezostapelspannung in korrekter Weise die erforderliche Kugelvollhubhaltespannung.

Somit erhält die Piezostapelspannung keinen so großen Spitzenspannungswert, nachdem die Verringerung der Piezostapelspannung infolge eines temporären Ladestopps begonnen hat, indem die zweite Ladeperiode vorgesehen wird, die eine Ladeperiode nach dem Start des Spannungsabfalls ist. Demgemäß wird der Versetzungsverstärkungskammerdruck auf einen ausreichend größeren Druck als der erforderliche Kugelvollhubhaltedruck festgelegt.

Nachdem der Versetzungsverstärkungskammerdruck den Kugelbetätigungsstartdruck erreicht hat, wird andererseits in der Düseneinheit 4a der Druck (nachfolgend als Staudruckkammerdruck bezeichnet) der Staudruckkammer 406 in den Niederdruckkanal 402 gelassen, und der Staudruckkammerdruck verringert sich. Wenn der Staudruckkammerdruck jenen Druck (nachfolgend als ein Nadelventilöffnungsstartdruck bezeichnet) erreicht, bei dem ein Öffnen des Ventils durch die Nadel 421 beginnt, dann bewirkt die Nadel 421 das Öffnen des Ventils, und eine Einspritzung wird gestartet.

Wenn des Weiteren ein Einspritzsignal von "H" auf "L" festgelegt wird, dann wird der zweite Schalter 14 eingeschaltet, und die Piezostapel 2A-2D werden entladen, und sie ziehen sich zusammen. Demgemäß verringert sich der Versetzungsverstärkungskammerdruck, und die Niederdrückungskraft der Kugel 423 wird abgeschwächt, und dann wird die Kugel 423 erneut an den Sitz 4101 an der Niederdruckseite angeordnet. Nachfolgend erreicht der Staudruckkammerdruck erneut den hohen Druck, und die Nadel 421 bewirkt das Schließen des Ventils, und dann wird die Kraftstoffeinspritzung gestoppt.

Es gibt einen Abstand zwischen einem Einspritzsignal und einer Ventilöffnungsperiode der Nadel 421. Demgemäß wird eine gewünschte Kraftstoffeinspritzung dadurch erreicht, dass ein Versatzausgleich zu der "H"-Abgabeperiode und einer Länge des Einspritzsignals addiert wird.

Nun wird eine bestimmte Wirkung der vorliegenden Erfindung im Vergleich mit den Betrieb eines herkömmlichen Kraftstoffeinspritzsystems beschrieben, bei dem eine Ladungsleitung zu einem Piezostapel einen LC-Schwingkreis wie bei diesem Kraftstoffeinspritzsystem bildet. Die Fig. 4 zeigt ferner den Betriebszustand von jeder Einheit des herkömmlichen Systems. Außerdem werden zur einfacheren Beschreibung die gleichen Bezugszeichen für den im Wesentlichen gleichen Aufbau wie bei diesem Kraftstoffeinspritzsystem festgelegt.

Bei dem herkömmlichen System wird die Ladeperiode der Piezostapel 2A-2D einfach gemäß der EIN-Zustand-Periode des Schalters 13 definiert. Um einen merklich höheren Druck als den Kugelvollhubhaltedruck als den Versetzungsverstärkungskammerdruck zu erreichen, muss demgemäß das Laden beendet werden, nachdem die Piezostapelspannung einen beträchtlich höheren Wert als jenen für dieses Kraftstoffeinspritzsystem erhält, wie dies aus der Fig. 4 ersichtlich ist. Im Gegensatz dazu kann bei der vorliegenden Erfindung nach der Spannungsabfallperiode die erforderliche Kugelhubhaltespannung aufrechterhalten werden, ohne dass der Spitzenwert der Piezostapelspannung zu sehr erhöht wird, da die Piezostapelspannung durch Vorsehen einer Ladeperiode nach dem Neustart des Spannungsabfalls wiederhergestellt wird. Infolgedessen sind für die Isolierung der Piezostapel 2A-2D keine besonderen Spezifikationen erforderlich. Da des Weiteren die Piezostapel 2A-2D nicht bis zu einer besonders hohen Spannung geladen werden, muss die Antriebsschaltung 1 nicht die hohe Spannung abgeben können. Demgemäß muss die Antriebsschaltung nicht aus Bauteilen mit hoher Durchschlagsfestigkeit gebildet sein, woraus eine Reduzierung der Kosten resultiert.

(Zweites Ausführungsbeispiel)

Bei dem ersten Ausführungsbeispiel wird die Ladungsneustartzeitgebung auf der Grundlage des Erfassungsergebnisses einer Piezostapelspannung bewirkt, aber es kann auch eine andere Einrichtung verwendet werden. Die Fig. 5 zeigt einen Teil eines Kraftstoffeinspritzsystems, das eine derartige Einrichtung verwendet. Die Einspritzvorrichtung 4A hat grundsätzlich den gleichen Aufbau wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel. Ein scheibenförmiger Lastsensor 431 ist zwischen dem Kolben 425 mit großem Durchmesser und dem Piezostapel 2A eingeklemmt, und die Schub- bzw. Drucklast des Piezostapels 2A an dem Kolben 425 mit großem Durchmesser wird erfasst. Demgemäß ist der Versetzungsverstärkungskammerdruck bekannt. Außerdem kann ein piezoelektrischer Lastsensor 431 verwendet werden.

Des Weiteren hat die ECU 3A grundsätzlich den gleichen Aufbau wie der erste Aufbau, und der Unterschied ist jener, dass das Ende einer temporären Ladeperiode durch Vergleichen des Erfassungsergebnisses des Versetzungsverstärkungskammerdrucks mit einem Schwelldruck zugewiesen wird, der der Schwellspannung entspricht.

Außerdem soll das Ende der temporären Ladestopperiode einfach gemäß der Zeitgeberzählzeit anstatt der Piezostapelspannung und des Versetzungsverstärkungskammerdrucks gemäß dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel festgelegt werden. Wenn des Weiteren die erste Ladeperiode, die temporäre Stopperiode und die zweite Ladezeit durch den Zeitgeber gesteuert werden, dann sollen diese auch gemäß dem Druck in der gemeinsamen Leitung variiert werden. Dies ist dadurch begründet, dass die nach oben gerichtete Betätigungskraft an der Kugel 423 entsprechend dem Druck in der gemeinsamen Leitung unterschiedlich ist.

Hinsichtlich aller EIN- und AUS-Zeitgebungen des Schalters 13 können andererseits eine erfasste Piezostapelspannung und ein Versetzungsverstärkungskammerdruck ebenfalls mit einem voreingestellten Schwellwert verglichen werden.

(Drittes Ausführungsbeispiel)

Die Fig. 6 zeigt die elektrische Konfiguration eines Kraftstoffeinspritzsystems gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die elektrische Konfiguration des ersten Ausführungsbeispiels wurde durch eine andere Konfiguration ersetzt. Da die Teile der Zeichnung, bei denen gleiche Bezugszeichen wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel festgelegt sind, im Wesentlichen die gleichen Vorgänge wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel durchführen, wird hauptsächlich der Unterschied zu dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben.

Bei der Erregerstromleitung von der Pufferkapazität 113 zu den Piezostapeln 2A-2D sind die Induktivität 12 und der erste Schalter 13B zwischen der Pufferkapazität 113 und den Piezostapeln 2A-2D in Reihe vorgesehen, und der erste Schalter 13B verbindet eine Diode (in geeigneter Weise nachfolgend als erste Diode bezeichnet) 132 parallel mit einem Schalthauptkörper (in geeigneter Weise nachfolgend als ein erster Schalthauptkörper bezeichnet). Die Orientierung der ersten Diode 132 ist so festgelegt, dass sie eine Sperrspannung zu der Klemmenspannung der Pufferkapazität 113 bildet.

Des Weiteren ist ein zweiter Schalter 14B zwischen der Induktivität 12 und den Piezostapeln 2A-2D in Reihe vorgesehen. Der zweite Schalter 14B verbindet eine Diode (in geeigneter Weise nachfolgend als zweite Diode bezeichnet) 142 parallel mit einem Schalthauptkörper (in geeigneter Weise nachfolgend als zweiter Schalthauptkörper bezeichnet) 141, und die Orientierung der zweiten Diode 142 ist so festgelegt, dass sie eine Sperrspannung zu der Spannung der Pufferkapazität 113 bildet.

Die Schalter 13B und 14B werden durch ein Steuersignal von der ECU 38 betätigt. Die ECU 3B schaltet in der gleichen Art und Weise wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel denjenigen Wahlschalter 15A-15D ein, der dem Piezostapel 2A-2D entspricht, welcher einem Einspritzzylinder entspricht, und sie lädt und entlädt die Piezostapel 2A-2D bei einem intern erzeugten binären Einspritzsignal. Das Laden und das Entladen werden unter Verwendung von Mehrfach-Schaltvorgängen durchgeführt, die Steuersignale zu den Schaltern 13B und 14B in kurzen Zyklen und pulsförmig wiederholt ein- und ausschalten. Des Weiteren werden bei den Schaltern 13B und 14B MOSFETs verwendet. In diesem Fall bestehen die Dioden 132 und 142 aus MOSFET-Parasitärdioden.

Die Fig. 7 zeigt eine Zeitkarte des Betriebszustands von jeder Einheit von diesem Kraftstoffeinspritzsystem einschließlich der EIN- und AUS-Zustände der Schalter 13B und 14B. Demgemäß wird der Betrieb von diesem Kraftstoffeinspritzsystem zusammen mit den Festlegungen der Steuersignale der Schalter 13B und 14B in der ECU 3B beschrieben.

Wenn ein Einspritzsignal auf "H" festgelegt wird, dann wird der erste Schalter wiederholt in kurzen Zyklen ein- und ausgeschaltet. Ein Ladestrom fließt, der sich in einer Stromleitung von der Pufferkapazität 113 zu dem ersten Schalthauptkörper 131, zu der Induktivität 12, zu den Piezostapeln 2A-2D und zu den Wahlschaltern 15A-15D während dieser EIN-Zustand-Periode langsam erhöht. Die Piezostapel 2A-2D werden geladen, und elektromagnetische Energie wird in der Induktivität 12 gespeichert. Nachfolgend fließt durch die in der Induktivität 12 gespeicherte elektromagnetische Energie während der EIN-Zustand-Periode der Ladestrom, der sich in der Stromleitung von der Induktivität 12 zu den Wahlschaltern 15A-15D und zu der zweiten Diode 142 langsam verringert, und die Piezostapel 2A-2D werden geladen. Durch Wiederholen von diesen Vorgängen erhöht sich die Ladekapazität, und der Piezostapeldruck erhöht sich in der gleichen Art und Weise wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel. Nachfolgend beginnt sich die Kugel 423 anzuheben, und der Staudruckkammerdruck verringert sich, wenn sich der Versetzungsverstärkungskammerdruck erhöht und den Kugelbetätigungsstartdruck erreicht.

Bei derartigen Mehrfach-Schaltvorgängen erhöht sich eine Stromstärke gemäß der Länge der EIN-Zustand-Periode, und die ECU 3B kann lange und kurze binäre Werte entsprechend der Länge der EIN-Zustand-Periode außer in dem Unterbrechungszustand der elektrischen Stromleitung erhalten. Die ECU 3B legt die Länge der EIN-Zustand-Periode des ersten Schalters 13B auf den kurzen Wert fest und verringert eine Ladestromstärke auf einen Wert, der nicht 0 ist. Diese Stromstärke wird so festgelegt, dass der Betrieb in der Richtung, in der sich die Piezostapelspannung beim Anheben der Kugel 423 verringert, dominanter als der Betrieb in der Richtung sein kann, in der sich die Piezostapelspannung durch das Laden erhöht, und zwar kann sich die Piezostapelspannung verringern.

Des Weiteren wird diese Stromstärke so festgelegt, dass der Betrieb in der Richtung, in der sich der Versetzungsverstärkungskammerdruck beim Anheben der Kugel 423 verringert, dominanter als der Betrieb in der Richtung sein kann, in der die Piezostapel 2A-2D, die sich bei Verringern der Ladung ausdehnen, den Versetzungsverstärkungskammerdruck verringern, und zwar wird der Versetzungsverstärkungskammerdruck verringert. Nachfolgend wird der Versetzungsverstärkungskammerdruck so festgelegt, dass er den erforderlichen Kugelvollhubhaltedruck überschreitet, wenn die Kugel 423 in den Vollhubzustand geschaltet ist.

Somit verringert sich der Versetzungsverstärkungskammerdruck und nähert sich dem erforderlichen Kugelvollhubhaltedruck an.

Des Weiteren ist jene Zeitgebung, bei der sich ein Ladestrom verringert, also die Länge einer Ladeperiode bei hoher Stromstärke, so festgelegt, dass die Piezostapelspannung die Kugelbetätigungsstartspannung am Ende der Ladeperiode überschreiten kann.

Nachfolgend wird nach der Ladeperiode durch einen voreingestellten geringen Strom der erste Schalter 13B auf AUS festgelegt. Die Länge der Ladeperiode durch diesen niedrigen Strom ist auf die Zeit festgelegt, bei der die Kugel 423 fast den Vollhubzustand erreicht, und sie ist so festgelegt, dass die Piezostapelspannung die erforderliche Kugelvollhubhaltespannung korrekt überschreitet, wenn die Kugel 423 in dem Vollhubzustand ist.

Der Versetzungsverstärkungskammerdruck ist auf einen merklich höheren Druck als der erforderliche Kugelvollhubhaltedruck festgelegt, ohne dass es zugelassen wird, dass die Piezostapelspannung eine hohe Spitzenspannung erhält, indem insbesondere ein Ladestrom auf eine Stromstärke außer 0 in dieser Art und Weise verringert wird, bei der die Piezostapelspannung und der Versetzungsverstärkungskammerdruck verringert werden können.

Wenn des Weiteren ein Einspritzsignal von "H" auf "L" festgelegt ist, dann wiederholt der zweite Schalter 14B EIN- und AUS- Zustände wie der erste Schalter 13B. Demgemäß fließt in einer EIN-Zustand-Periode ein Strom in der Stromleitung von den Piezostapeln 2A-2D zu der Induktivität 12, zu dem zweiten Schalthauptkörper 141 und zu den Wahlschaltern 15A-15D, und die Piezostapel 2A-2D werden entladen. In der AUS-Zustand-Periode fließt ein Strom in der Stromleitung von den Piezostapeln 2A-2D zu der Induktivität 12, zu der ersten Diode 132, zu der Pufferkapazität 113 und zu den Wahlschaltern 15A-15D, und in der Pufferkapazität 113 wird elektrische Ladung gesammelt. Die gesammelte elektrische Ladung wird für die Kraftstoffeinspritzsteuerung für den nächsten Zylinder zugeführt.

Somit werden die Piezostapel 2A-2D entladen, und sie ziehen sich zusammen. Dann verringert sich der Versetzungsverstärkungskammerdruck, und die Niederdrückungskraft der Kugel 423 wird abgeschwächt. Die Kugel 423 wird erneut an den Sitz an der Niederdruckseite angeordnet. Nachfolgend wird der Staudruckkammerdruck auf einen hohen Druck wiederhergestellt, und die Nadel 421 öffnet sich, und dann wird die Kraftstoffeinspritzung gestoppt.

Hierbei wird im Vergleich mit dem Betrieb eines herkömmlichen Kraftstoffeinspritzsystems eine besondere Wirkung der vorliegenden Erfindung beschrieben, bei dem eine Ladungsleitung mit Mehrfach-Schaltvorgängen wie bei diesem Kraftstoffeinspritzsystem angewendet wird. Die Fig. 7 zeigt außerdem den Betriebszustand von jeder Einheit des herkömmlichen Systems. Außerdem werden zur einfacheren Beschreibung gleiche Bezugszeichen für die im Wesentlichen gleichen Aufbauten wie bei diesem Kraftstoffeinspritzsystem festgelegt.

Bei dem herkömmlichen System wird die Ladeperiode der Piezostapel 2A-2D einfach gemäß der EIN-Zustand-Periode des Schalters 13 definiert. Um einen merklich höheren Druck als den erforderlichen Kugelvollhubhaltedruck als den Versetzungsverstärkungskammerdruck zu erhalten, wie dies aus der Fig. 7 bekannt ist, muss demgemäß das Laden beendet werden, nachdem die Piezostapelspannung einen beträchtlich höheren Wert als bei diesem Kraftstoffeinspritzsystem erhält. Im Gegensatz dazu kann bei der vorliegenden Erfindung nach der Spannungsabfallperiode die erforderliche Kugelhubhaltespannung aufrechterhalten werden, ohne dass der Spitzenwert der Piezostapelspannung besonders erhöht wird, da die Piezostapelspannung durch Vorsehen einer Ladeperiode nach dem Neustart des Spannungsabfalls wiederhergestellt wird. Infolgedessen sind bei der Isolierung der Piezostapel 2A-2D keine besonderen Spezifikationen erforderlich. Da des Weiteren die Piezostapel 2A-2D nicht auf eine besonders hohe Spannung geladen werden, muss die Antriebsschaltung 1B nicht die hohe Spannung abgeben können. Demgemäß muss die Antriebsschaltung nicht aus Bauteilen mit hoher Durchschlagsfestigkeit gebildet sein, woraus eine Reduzierung der Kosten resultiert.

Bei dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel werden die Ladeperiode mit einem hohen Strom und die Ladeperiode mit einem niedrigen Strom gemäß der Zeit festgelegt. Alternativ können die Schaltzeitgebung von dem hohen Strom zu dem niedrigen Strom und die Zeitgebung des Niedrigstromladestopps durch Erfassen der Piezostapelspannung und des Drucks der Versetzungsverstärkungskammer sowie durch Vergleichen des Erfassungsergebnisses mit einem jeweiligen Schwellwert festgelegt werden.

(Viertes Ausführungsbeispiel)

Die Fig. 9 zeigt den Gesamtaufbau eines Kraftstoffeinspritzsystems mit gemeinsamer Leitung bei einem Dieselmotor gemäß der vorliegenden Erfindung. Einspritzvorrichtungen 201 entsprechend der Zylinderanzahl des Dieselmotors sind entsprechend einem jeweiligen Zylinder vorgesehen (das Beispiel in der Zeichnung zeigt nur eine der Einspritzvorrichtungen 201), und sie nehmen eine Kraftstoffzufuhr aus einer gemeinsamen Leitung 224 auf, die durch eine Zuführungsleitung 225 angeschlossen ist. Der Kraftstoff wird aus der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 201 in die Verbrennungskammer von jedem Zylinder bei dem Einspritzdruck eingespritzt, der ungefähr gleich ist wie der Kraftstoffdruck (als Druck in der gemeinsamen Leitung bezeichnet), der in der gemeinsamen Leitung 224 herrscht. Der Kraftstoff aus einem Kraftstoffbehälter 221 wird durch Druck mittels einer Hochdruckförderpumpe 223 der gemeinsamen Leitung 224 zugeführt und bei hohem Druck gespeichert.

Des Weiteren wird der aus der gemeinsamen Leitung 224 zu der Einspritzvorrichtung 201 zugeführte Kraftstoff außerdem als das Steueröl der Einspritzvorrichtung 201 zusätzlich zum Zwecke der Einspritzung in die Verbrennungskammer genutzt, und er strömt aus der Einspritzvorrichtung 201 zu dem Kraftstoffbehälter 221 über eine Niederdruckablassleitung 226 zurück.

Eine ECU 204 berechnet eine Kraftstoffeinspritzzeitgebung und eine Kraftstoffeinspritzmenge auf der Grundlage eines Erfassungssignals wie zum Beispiel ein Kurbelwinkel, und sie gibt ein Einspritzsignal als ein Einspritzbefehl zu einer Piezoaktuatorantriebsschaltung 203 entsprechend dem Ergebnis ab. Das Einspritzsignal ist ein binäres Signal, das aus "H" (hoch) und "L" (niedrig)-Signalen besteht, und der Kraftstoff wird aus der Einspritzvorrichtung 201 während einer vorbestimmten Periode eingespritzt.

Die ECU 204 wird so gesteuert, dass ein angemessener Einspritzdruck erhalten wird, der durch andere Sensoren eingegeben Betriebszuständen genügt. Und zwar ist ein Drucksensor 205 als eine Druckerfassungseinrichtung an der gemeinsamen Leitung 224 angebracht. Die ECU 204 steuert ein Dosierventil 222 auf der Grundlage dieses Erfassungssignals, und sie stellt den Förderdruckbetrag des Kraftstoffes in der gemeinsamen Leitung 224 ein. Wenn des Weiteren eine plötzliche Druckreduzierung des Drucks in der gemeinsamen Leitung erforderlich ist, dann gibt die ECU 204 ein Druckreduziersignal als ein Druckreduzierbefehl zu der Piezoaktuatorantriebsschaltung 203 ab. Wie dies später beschrieben wird, führt die ECU 204 den Kraftstoff zu dem Kraftstoffbehälter 221 als das Steueröl der Einspritzvorrichtung 201 zurück und reduziert den Druck in der gemeinsamen Leitung.

Die Fig. 8 zeigt den Aufbau der Einspritzvorrichtung. Die Einspritzvorrichtung 201 ist ein zylindrischer Körper, und sie ist so angebracht, dass gemäß der Zeichnung der untere Abschnitt eine Verbrennungskammerwand (nicht gezeigt) eines Motors durchdringt und in die Verbrennungskammer hineinragt. Die Einspritzvorrichtung 201 hat in dieser Reihenfolge von unten eine Düseneinheit 201a, eine Staudrucksteuereinheit 201b und einen Piezoaktuator 201c.

Eine Nadel 321 ist in einem buchsenförmigen Hauptkörper 304 der Düseneinheit 301a so gehalten, dass sie an dem hinteren Ende frei gleitet, und die Nadel 321 wird an einen ringartigen Sitz 3041 angeordnet oder von diesem getrennt, der an der Spitze des Düsenkörpers 304 ausgebildet ist. Mit hohem Druck beaufschlagter Kraftstoff wird aus der gemeinsamen Leitung 224 in einen ringartigen Raum 305 an der Spitze der Nadel 321 durch einen Hochdruckkanal 301 hindurch eingeführt, und der Kraftstoff wird aus einem Düsenloch 303 eingespritzt, wenn die Nadel 321 angehoben wird. Auf der Nadel 321 wirkt der Kraftstoffdruck aus dem Hochdruckkanal 301 in der Hubrichtung (nach oben) an der ringartig abgestuften Fläche 3211.

Der Kraftstoff als das Steueröl wird aus dem Hochdruckkanal 301 zu der Hinterseite der Nadel 321 durch eine Einlassöffnung 307 hindurch eingeführt, und es ist eine Staudruckkammer 306 ausgebildet, die den Saudruck der Nadel 321 erzeugt. Der Staudruck wirkt in der Sitzrichtung (nach unten) an der hinteren Endseite 3212 der Nadel 321 zusammen mit einer Feder 322, die in der Staudruckkammer 306 angeordnet ist.

Der Staudruck wird durch die hinten angeordnete Steuereinheit 201b erhöht und verringert, und die Staudrucksteuereinheit 201b wird durch den Piezoaktuator 201c mit einem Piezostapel 326 angetrieben.

Die Staudruckkammer 306 ist stets mit einer Ventilkammer 310 der Staudrucksteuereinheit 201b durch einen Verbindungskanal 309 hindurch in Verbindung. In der Ventilkammer 310 sind eine Deckenfläche 3101 und ein Boden 3102 jeweils mit einer konischen Form ausgespart. An der Deckenfläche 3101 mündet ein Niederdruckanschluss 311, der an dem obersten Abschnitt mit einer Niederdruckkammer 313 in Verbindung ist, und die Niederdruckkammer 313 ist mit einem Niederdruckkanal 302 in Verbindung, der mit der Ablassleitung 226 verbunden ist. Ein Hochdruckanschluss 312 ist an dem untersten Abschnitt des Bodens 3102 der Ventilkammer 310 mit dem Hochdruckkanal 301 in Verbindung ist.

Ein kugelförmiges Ventil 323 ist in der Ventilkammer 310 angeordnet. Das Ventil 323 ist ein Ventilelement, das sich nach oben und nach unten bewegen kann. Wenn das kugelförmige Ventil abgesenkt wird, dann wird es an einen Sitz des Ventilkammerbodens 3102 (nachfolgend als ein Sitz an der Hochdruckseite bezeichnet) angeordnet, und es schneidet die Ventilkammer 310 von dem Hochdruckanschluss 312 ab. Wenn sich das kugelförmige Ventil anhebt, dann wird es an einen Sitz der Deckenfläche (nachfolgend als ein Sitz an der Niederdruckseite bezeichnet) 3101 angeordnet, und es schneidet die Ventilkammer 310 von dem Niederdruckanschluss 311 ab. Demgemäß ist die hinten angeordnete Kammer 306 mit der Niederdruckkammer 313 in Verbindung, wenn sich das Ventil 323 absenkt. Der Kraftstoff strömt aus der hinteren Druckkammer 306 heraus und kehrt zu dem Kraftstoffbehälter 221 durch die Ventilkammer 310 und die Niederdruckkammer 313 hindurch zurück.

Der Abfluss des Kraftstoffes wird entsprechend einem Bereich eines ringartigen Zwischenraums zwischen dem Ventil 323 und dem Sitz 3101 an der Niederdruckseite zusammen mit dem Kraftstoffdruck definiert, und zwar der Druck in der gemeinsamen Leitung des Hochdruckkanals 301 und der Einlassöffnung 307. Je größer der Hubbetrag (nachfolgend nur als Hub bezeichnet) des Ventils 323 von dem Sitz 3101 an der Niederdruckseite ist, desto größer wird der Bereich des ringartigen Zwischenraums. Je größer der Abfluss des Kraftstoffs ist, desto stärker verringert sich der Druck der Staudruckkammer 306. Wenn dieser Druckabfall ausreichend groß ist, dann wird die Kraft in der Richtung zum Trennen der Nadel 321 groß, und die Nadel 321 wird angehoben.

Wenn sich das Ventil 323 andererseits anhebt, dann ist die Staudruckkammer 306 von der Niederdruckkammer 313 abgeschnitten, und sie ist nur mit dem Hochdruckkanal 301 in Verbindung. Nachfolgend strömt der mit hohem Druck beaufschlagte Kraftstoff des Hochdruckkanals 301 in die Staudruckkammer 306, der Staudruck der Nadel 321 wird erhöht, und die Düsennadel 321 wird in Zusammenwirkung mit einem Zufluss in die Staudruckkammer 306 von mit hohem Druck beaufschlagten Kraftstoff durch die Einlassöffnung 307 hindurch am Sitz angeordnet.

Das Ventil 323 wird durch den Piezoaktuator 201c gedrückt und angetrieben. Bei dem Piezoaktuator 201c ist ein Kolben 325 in einem in der vertikalen Richtung über der Niederdruckkammer 313 längs ausgebildeten Loch 314 so gehalten, dass er frei gleitet, und eine Schubstange 324, die das Ventil drückt, steht von der unteren Endseite vor. Des Weiteren ist ein Piezostapel 326 über dem Kolben 325 angeordnet, wobei die vertikale Richtung als die Ausdehnungsrichtung bestimmt ist. Der Kolben 325 hält einen Berührungszustand mit einem Piezostapel 326 mittels einer konischen Scheibenfeder 327 aufrecht, die an dem unteren Abschnitt vorgesehen ist und sich in der vertikalen Richtung im gleichen Maße wie der Ausdehnungsbetrag des Piezostapels 326 verformt.

Im Falle einer Kraftstoffeinspritzung wird der Piezostapel 326 zunächst geladen, und der Piezostapel 326 dehnt sich aus. Nachfolgend wird der Kolben 325 abgesenkt, und die Schubstange 324 wird nach unten gedrückt, bis das Ventil 323 an dem Sitz 3102 an der Hochdruckseite angeordnet ist. Demgemäß wird der Kraftstoffdruck der Staudruckkammer 306 maximal verringert, da die Ventilkammer 310 mit dem Niederdruckanschluss 302 in Verbindung ist. Folglich wird die Nadel 321 angehoben, und die Kraftstoffeinspritzung wird gestartet.

Im Falle eines Einspritzungsstopps wird der Piezostapel 326 im Gegensatz dazu durch das Entladen des Piezostapels 326 reduziert, und die Niederdrückungskraft an dem Ventil 323 wird abgeschwächt. Zu diesem Zeitpunkt wird der Kraftstoffdruck an der unteren Seite in der Ventilkammer 310 erhöht. Demgemäß wird das Ventil 323 infolge der Abschwächung der Niederdrückungskraft an dem Ventil 323 durch den Piezostapel 326 erneut an dem Sitz 3101 an der Niederdruckseite angeordnet, und der Kraftstoffdruck der Ventilkammer 310 wird erhöht. Dann wird die Nadel 321 an den Sitz angeordnet, und die Einspritzung wird gestoppt.

Des Weiteren wird bei der Einspritzvorrichtung 201 das Ventil 323 angehoben, wie dies später beschrieben wird, wobei die Nadel 321 in dem am Sitz angeordneten Zustand gehalten wird und Kraftstoff in den Kraftstoffbehälter zurückkehrt, und dabei wird außerdem eine Druckreduzierung des Drucks in der gemeinsamen Leitung bewirkt.

Die Fig. 10 zeigt den Aufbau der Piezoaktuatorantriebsschaltung 203 als eine Erregereinrichtung, die das Laden und Entladen des Piezostapels 326 bewirkt. Außerdem ist zur Vereinfachung der Beschreibung der Piezostapel als ein Piezostapel 326A, ein Piezostapel 326B, ein Piezostapel 326C und ein Piezostapel 32% dargestellt. Die Piezoaktuatorantriebsschaltung 203 bildet eine Gleichstromversorgung 231, wobei eine integrierte Batterie 511, ein Gleichspannungswandler 512 der Hochsetzstellbauart, der einige zehn bis hundert Volt Wechselspannung aus der Batterie 511 erzeugt, und eine Wechselstromversorgung 231 verwendet werden, bei der eine Pufferkapazität 513 parallel mit dem Abgabeende verbunden ist, und sie gibt eine Spannung zum Laden der Piezostapel 326A-325D ab. Die Pufferkapazität 513 hat eine vergleichsweise hohe Kapazität und hält einen nahezu konstanten Spannungswert auch beim Ladevorgang der Piezostapel 326A-326D.

Eine erste Erregerstromleitung 232a, die eine elektrische Stromleitung von der Pufferkapazität 513 der Wechselstromversorgung 231 zu den Piezostapeln 326A bis 326D über eine Induktivität 233 bewirkt, und ein erstes Schaltelement 234 sind zwischen der Pufferkapazität 513 und der Induktivität 233 mit diesen in Reihe geschaltet. Das erste Schaltelement 234 besteht aus MOSFETs, und seine Parasitärdiode 541 ist so angeschlossen, dass sie eine Sperrspannung zu der Klemmenspannung der Pufferkapazität 513 bildet.

Des Weiteren bilden die Induktivität 233 und die Piezostapel 326A-326D eine zweite Erregerstromleitung 232b. Diese Erregerstromleitung 232b hat ein zweites Schaltelement 235, das mit dem Anschlussmittelpunkt des ersten Schaltelements 234 verbunden ist, und sie bildet mit der Induktivität 233, den Piezostapeln 326A-326D und dem zweiten Schaltelement 235 einen geschlossenen Kreis. Das zweite Schaltelement 235 besteht auch aus MOSFETs, und seine Parasitärdiode 551 ist so angeschlossen, dass sie eine Sperrspannung zu der Klemmenspannung der Pufferkapazität 513 bildet.

Die Erregerstromleitungen 232a und 232b sind für jeden Piezostapel 326A-326D gemeinsam, und die Piezostapel 326A-326D als Antriebsobjekte können jeweils so ausgewählt werden, wie die nachfolgend beschrieben wird. Und zwar sind Schaltelemente (in geeigneter Weise nachfolgend als Wahlschaltelemente bezeichnet) 236A, 236B, 236C und 236D im Verhältnis Eins-Zu-Eins in Reihe zu einem jeweiligen Piezostapel 326A-326C angeschlossen, und jenes Wahlschaltelement 236A-236D wird eingeschaltet, das dem Piezostapel 326A-326D einer Einspritzvorrichtung eines Einspritzzylinders entspricht. Die Wahlschaltelemente 236A-236D haben MOSFETs. Die Parasitärdioden 561A, 561B, 561C und 561D sind so angeschlossen, dass sie eine Sperrspannung zu der Pufferkapazität 513 bilden.

Des Weiteren ist ein Widerstand 237 mit einem geringen Widerstandswert in Reihe mit den Piezostapeln 326A-326D gemeinsam für die erste Erregerstromleitung 232A und die zweite Erregerstromleitung 232B vorgesehen, und ein Strom, der infolge der Klemmenspannung der Piezostapel 326A-326D fließt, und zwar ein Ladestrom und ein Entladestrom, sind der Steuerschaltung 238 dadurch bekannt. Des Weiteren wird die Klemmenspannung (nachfolgend als Piezostapelspannung bezeichnet) der Piezostapel 326A-326D in die Steuerschaltung 238 eingegeben, und eine Piezostapelspannung ist bekannt.

Ein Steuersignal wird von der Steuerschaltung 38 zu jedem Gatter der Schaltelemente 234, 235 bzw. 236A bis 236D eingegeben. Wie dies vorstehend beschrieben ist, wird eines der Wahlschaltelemente 236A bis 236D eingeschaltet, und der anzutreibende Piezostapel 326A-326D wird ausgewählt. Gleichzeitig wird ein pulsförmiges Steuersignal in das Gatter der Schaltelemente 234 und 235 eingegeben, und die Schaltelemente 234 und 235 werden ein- und ausgeschaltet, wodurch die Ladesteuerung und die Entladesteuerung der Piezostapel 326A-326D bewirkt wird. Die Ladesteuerung und die Entladesteuerung werden auf der Grundlage eines durch den Widerstand 237 erfassten Ladestroms und Entladestroms sowie einer Piezostapelspannung unter Verwendung eines Einspritzsignals und eines Druckreduzierungssignals von der ECU 204 durchgeführt, die später als ein Befehl beschrieben werden. Die Steuerschaltung 238 besteht aus Mikrocomputern.

Die Steuerschaltung 238 schaltet das erste Schaltelement 234 auf der Grundlage des Ladestroms der Piezostapel 326A-326D EIN/AUS, wie dies nachfolgend beschrieben wird. Und zwar fließt ein Ladestrom in die erste Erregerstromleitung 232A, und die Piezostapel 326A-326D werden geladen, wenn das erste Schaltelement 234 eingeschaltet wird. Diese Ladestrom erhöht sich langsam von 0 aus wegen einer Induktionswirkung der Induktivität 233. Wenn der erfasste Ladestrom einen vorbestimmten Stromgrenzwert erreicht, dann wird das erste Schaltelement 234 ausgeschaltet.

Bei dieser AUS-Zustand-Periode wird eine induktive elektromagnetische Kraft in der Induktivität 233 erzeugt, da in der Induktivität 233 Energie gespeichert ist, die einem Ladestrom (gleich wie ein Stromgrenzwert) entspricht. Da die zweite Parasitärdiode 551 eine Durchlassvorspannung gegen diese induktive elektromotorische Kraft bildet, fließt ein sich langsam verringernder Ladestrom in der zweiten Erregerstromleitung 232b, wobei nach der EIN-Zustand-Periode des Schaltelements 324 die Energie verbraucht wird. Die Steuerschaltung 238 schaltet das Schaltelement 234 erneut ein, wenn der erfasste Strom 0 beträgt. Ein dreieckförmiger Ladestrom fließt in der ersten EIN- und AUS-Zustand-Periode des ersten Schaltelements 234.

Dies wird wiederholt, und das Laden der Piezostapel 326A-326D schreitet fort. Demgemäß wird eine Piezostapelspannung erhöht, und die Piezostapel 326A-326D dehnen sich aus.

Andererseits wird während der Entladungszeit in der gleichen Art und Weise wie bei der herkömmlichen Vorrichtung das zweite Schaltelement 235 ein- und ausgeschaltet. In der AUS-Zustand- Periode fließt ein sich langsam erhöhender Ladestrom in der zweiten Erregerstromleitung 232b, und in der AUS-Zustand-Periode fließt ein sich langsam verringernder Entladestrom in der ersten Erregerstromleitung 232a. Eine Wellenform von diesem Entladestrom wird als Dreieckswelle angenommen. Jedes Mal, wenn der Entladestrom einen Stromgrenzwert und 0 erreicht, dann wird das zweite Schaltelement 235 EIN bzw. AUS geschaltet. Dies wird wiederholt, und das Entladen der Piezostapel 326A-326D schreitet fort. Demgemäß fällt eine Piezostapelspannung ab, und der Piezostapel wird reduziert. Der Stromgrenzwert zu diesem Zeitpunkt kann der Stromgrenzwert bei der Ladungssteuerung sein.

Die Steuerschaltung 238 spritzt Kraftstoff entsprechend der Abgabeperiode eines Einspritzsignals ein, indem der ausgewählte Piezostapel 326A-326D beim Beginn des Einspritzsignals mit einer vollen Ladekapazität geladen wird, bei der das Ventil 323 an den Sitz 3102 an der Hochdruckseite angeordnet werden kann (Vollhub), und indem die Piezostapel 326A-326D beim Ende des Einspritzsignals in Abhängigkeit des Einspritzsignals entladen werden.

Des Weiteren betätigt die Steuerschaltung 238 die Piezostapel 326A-326D in Abhängigkeit eines Druckreduziersignals, wie dies nachfolgend beschrieben wird.

Die Fig. 11 zeigt die obere Piezostapelspannungsgrenze (Nicht- Einspritz-Grenze), bei der die Nadel 321 den Ventilöffnungszustand (Nicht-Einspritz-Zustand) halten kann, die minimale Piezostapelspannung (Ventilbewegungsgrenze), bei der das Ventil 323 gegen den Kraftstoffdruck in der Ventilkammer 310 angehoben werden kann, der gleich ist wie der Druck in der gemeinsamen Leitung, nachdem es an dem Sitz 3101 an der Niederdruckseite angeordnet wurde, und die untere Piezostapelspannungsgrenze (Ventilschließgrenze), bei der das Ventil 323 in dem angehobenen Zustand hinsichtlich des Drucks in der gemeinsamen Leitung gehalten werden kann.

Da das Ventil 323 gegen den Kraftstoffdruck der Ventilkammer 310 betätigt wird, der über dem Ventil 323 in der Sitzrichtung an dem Sitz 3101 an der Niederdruckseite vorherrscht, werden sowohl eine Nicht-Einspritz-Grenze als auch eine Ventilbewegungsgrenze erhöht, wenn der Druck in der gemeinsamen Leitung größer wird. Die Ventilschließgrenze wird ebenfalls erhöht, wenn der Druck in der gemeinsamen Leitung größer wird, da die Kraft in der Sitzrichtung, die auf den Sitz 3101 an der Niederdruckseite aufgebracht wird, stärker wird, wenn sich der Kraftstoffdruck der Ventilkammer 310 erhöht.

In dem am Sitz angeordneten Zustand, bei dem eine Ventilschließgrenze einen niedrigeren Wert als eine Ventilbewegungsgrenze erhält, solange der Kraftstoffdruck der Ventilkammer 310 nicht an der oberen Fläche des Ventils 323 wirkt, die durch den Berührungsabschnitt des Ventils 323 und den Sitz 3101 an der Niederdruckseite gebildet ist, ist des Weiteren die in der Sitzrichtung aufgebrachte Kraft viel stärker, und der wirkende Kraftstoffdruck wird außerdem im Wesentlichen gleich wie der Druck in der gemeinsamen Leitung. Im Gegensatz dazu verringert sich in dem angehobenen Zustand der Kraftstoffdruck der Ventilkammer 310 aufgrund eines Abflusses des Kraftstoffes in die Niederdruckkammer 313, da der Kraftstoffdruck an der gesamten Oberfläche des Ventils 323 wirkt.

Die Steuerschaltung 238 steuert die Druckreduzierung des Drucks in der gemeinsamen Leitung auf der Grundlage der Charakteristika einer derartigen Nicht-Einspritz-Grenze, Ventilbewegungsgrenze und Ventilschließgrenze.

Die Fig. 12 zeigt eine Flusskarte der Inhalte einer Druckreduzierungssteuerung in der Steuerschaltung 238, und die Fig. 13 zeigt Verhalten eines Piezostapelstroms (Ladestrom oder Entladestrom) und einer Piezostapelspannung für die Druckreduzierungssteuerung. Diese Druckreduzierungssteuerung ist so festgelegt, dass eine eingestellte Entladung unmittelbar nach dem Laden der Piezostapel 326A-326D in einer Druckreduzierungsperiode ausgeführt werden kann, die gemäß der Ladeperiode und der Entladeperiode der Piezostapel 326A-326D definiert ist, und diese Druckreduzierungsperiode kann wiederholt werden, bis der Druck in der gemeinsamen Leitung einen Solldruckwert erreicht. Des Weiteren sind eine Sollspannung einer Piezostapelspannung nach der eingestellten Entladung in jeder Druckreduzierungsperiode und eine Zeit (Halbhubzeit) nach der eingestellten Entladung, die im Wesentlichen die Länge der Druckreduzierungsperiode hat, dadurch festgelegt, dass sie aus einer Abbildung ausgelesen werden, die in einem ROM auf der Grundlage des Drucks in der gemeinsamen Leitung und des Solldrucks im Voraus gespeichert wurden, die dann erfasst werden, wenn ein Druckreduziersignal eingegeben wird. Außerdem wird ein spezifisches Beispiel in der Beschreibung dargestellt, bei dem sich der Druck in der gemeinsamen Leitung von 120 MPa auf den Solldruck von 70 MPa verringert.

Zunächst wird ein Parameter k zurückgesetzt (k = 0), der die Anzahl der Druckreduzierungsperioden angibt (Schritt S101), und ein Druck Pc in der gemeinsamen Leitung sowie ein Solldruck werden eingegeben (Schritt S102). Dann werden auf der Grundlage von diesem Druck Pc in der gemeinsamen Leitung und des Solldrucks zweite Sollspannungen V2(1)-V2(n) und Halbhubzeiten T2(1)-T2(n) aus der Abbildung eingelesen (Schritt S103). V2(1)-V2(n) und T2(1)-T2(n) sind Parameter, die Erregungsmuster für die Piezostapel 326A-326D definieren, wie dies später näher beschrieben wird. Bei dem spezifischen Beispiel ist n = 2 und V2(1), V2(2), T2(1) und T2(2) werden eingelesen.

Dann wird k um 1 inkrementiert (Schritt S104).

Die eigentliche Steuerung des Drucks in der gemeinsamen Leitung wird nachfolgend beschrieben. Zunächst werden die Piezostapel 326A-326D geladen (Schritt S105). Und zwar wird durch Ein- und Ausschalten des ersten Schaltelements 34, wie dies vorstehend beschrieben wurde, ein Ladestrom mit dreieckigen Wellenform wiederholt, und die Ladung schreitet fort, und dann erhöht sich eine Piezostapelspannung langsam (Periode (1) in der Fig. 13). Eine erste Sollspannung V1 ist ausreichend groß, um das Ventil 323 anzuheben, und sie ist bei dem in der Zeichnung gezeigten Beispiel auf 120 V festgelegt. Dies ist in jeder Druckreduzierungsperiode gemeinsam. Wenn eine erfasste Piezostapelspannung Vp die Sollspannung V1 erreicht, dann wird das Schaltelement 234 auf AUS festgelegt. Außerdem hängt die Zeit, die zum Aufladen der Piezostapel bis zu der Sollspannung V1 erforderlich ist, von der Größe eines Ladestroms ab, und in dem in der Zeichnung gezeigten Beispiel beträgt sie 0,12 ms zum Aufladen der Piezostapel.

Das Ventil 323 wird bezüglich der Beendigung des Ladevorgangs der Piezostapel 326A-326D etwas verzögert in dem Vollhubzustand versetzt. Andererseits strömt der Kraftstoff in der Staudruckkammer 306 durch die Ventilkammer 310 wegen dem Hub des Ventils 323, und er kehrt zu dem Kraftstoffbehälter 221 zurück. Da jedoch das Ventil 323 vollständig angehoben ist, ist die Durchsatzrate aus der Staudruckkammer 306 groß, und der Druck der Staudruckkammer 306 verringert sich bis zu einem Druckwert, bei dem die Nadel 321 geöffnet werden kann.

Wenn eine voreingestellte Vollhubzeit T1 verstrichen ist (Schritt S106, Periode (2) in der Fig. 13), nachdem das Laden der Piezostapel 326A-326D beendet ist, dann wird ein zweites Schaltelement 235 ein- und ausgeschaltet, und die eingestellte Entladung wird durchgeführt, und dann fällt eine Spannung bis zu einer zweiten Sollspannung V2(k) ab, die eine zweite Ladekapazität ist (Schritt S107, Periode (3) in der Fig. 13).

Die zweite Sollspannung V2(k) wird jenseits einer Ventilschließgrenze und unter einer Nicht-Einspritz-Grenze festgelegt. Bei diesem spezifischen Beispiel ist sie ein wenig über 60 V bei der Ventilschließgrenze bei einem Druck von 120 MPa in der gemeinsamem Leitung und auf 70 V für die Nicht- Einspritz-Grenze von 105 V festgelegt.

Des Weiteren wird die zweite Sollspannung V2(k) unter der Nicht- Einspritz-Grenze festgelegt. Wie dies vorstehend beschrieben ist, werden jedoch die vorbestimmte Zeit T1 vor dem Start der eingestellten Entladung und eine Entladungsrate so festgelegt, dass die Nadel 321 nicht geöffnet werden kann, da der Druck der Staudruckkammer 306 auf einen Druckwert verringert wird, bei dem die Nadel 321 geöffnet werden kann. Bei diesem spezifischen Beispiel kann die Nadel 321 für 0,1 ms geöffnet werden, nachdem die Piezostapelspannung die erste Sollspannung V1 (120 V) erreicht hat. Bei dem in der Zeichnung gezeigten Beispiel startet die eingestellte Entladung bei der Vollhubzeit T1 (0,03 ms), nachdem die Piezostapelspannung die erste Sollspannung V1 (120 V) erreicht hat, und sie endet nach 0,05 ms. Die Sollspannung V1 und die Vollhubzeit T1 werden in einem ROM der Steuerschaltung 238 zusammen mit der Abbildung gespeichert.

Nach der eingestellten Entladung verschiebt sich die Piezostapelspannung während einer Halbhubzeit T2(k) (einige Millisekunden) zu einer zweiten Sollspannung V2(k) (Schritt S108, Periode (4) in der Fig. 13). Nachfolgend wird das zweite Schaltelement 235 nach der Halbhubzeit T2(k) erneut ein- und ausgeschaltet, und alle Piezostapel 326A-326D werden entladen, bis die Piezostapelspannung 0 beträgt (Schritt S109, Periode (5) in der Fig. 13). Demgemäß wird das Ventil 323 an den Sitz 3101 an der Niederdruckseite angeordnet, und der Niederdruckanschluss 312 wird geschlossen. Bevor er schließt, strömt der Kraftstoff durch die Ventilkammer 310 hindurch und kehrt zu dem Kraftstoffbehälter 221 zurück, und dann wird der Druck in der gemeinsamen Leitung auf den Solldruck reduziert. Bei dem in der Fig. 11 gezeigten spezifischen Beispiel wird der Druck bis auf ungefähr 90 MPa reduziert.

Bei dem nachfolgenden Schritt S110 wird bestimmt, ob der Druck in der gemeinsamen Leitung einen Solldruck (70 MPa) erreicht oder nicht, und zwar ob k = n gilt oder nicht. Im Falle dieses spezifischen Beispiels wird in der ersten Druckreduzierungsperiode bei diesem Schritt noch eine negative Bestimmung erhalten. Dann wird die Prozedur des Schritts 104 oder eines späteren Schritts ausgeführt, und die zweite Druckreduzierungsperiode wird wiederholt.

Auch in der zweiten Druckreduzierungsperiode (k = 2) wird die zweite Ladespannung V2(k) jenseits einer Ventilschließgrenze und unter einer Nicht-Einspritz-Grenze festgelegt. Da sich jedoch der Druck in der gemeinsamen Leitung in der ersten Druckreduzierungsperiode verringert, wird sie auf einen relativ niedrigeren Wert als bei dem ersten Mal festgelegt. Bei dem spezifischen Beispiel wird sie ein wenig über 50 V bei der Ventilschließgrenze bei einem Druck in der gemeinsamen Leitung von 90 MPa und auf 55 V bei der Nicht-Einspritz-Grenze von 85 V festgelegt. Wenn die Druckreduzierungsperiode, in der der Druck Pc in der gemeinsamen Leitung einen Solldruck erreicht, auf diese Art und Weise n-mal wiederholt wurde (Schritt S110), dann 14013 00070 552 001000280000000200012000285911390200040 0002010150414 00004 13894 wird der Ablauf beendet.

Die Abbildung wird erläutert. Bezüglich der zweiten Sollspannung V2(k) wird eine in der Fig. 11 gezeigte Darstellung einer Beziehung der Ventilschließgrenze und der Nicht-Einspritz-Grenze zwischen dem Druck Pc in der gemeinsamen Leitung und einer Piezostapelspannung im Voraus durch ein Experiment und durch Simulation erhalten. Bei dieser Darstellung der Beziehung soll der Verlauf einer Piezostapelspannung Vp so bestimmt werden, dass sie in jenen Bereich eintritt, der zwischen der Ventilschließgrenze und der Nicht-Einspritz-Grenze eingefasst ist, bis der Druck Pc in der gemeinsamen Leitung den Solldruck erreicht. Im Verlaufe der Piezostapelspannung Vp wird die zweite Sollspannung V2(k) stufenweise gemäß der Fig. 11 festgelegt, da sich die Nicht-Einspritz-Grenze verringert, wenn der reduzierte Druck des Drucks Pc in der gemeinsamen Leitung ansteigt. Des Weiteren kann für eine Halbhubzeit T2(k) eine Abbildungszeit erhalten werden, indem Alterungscharakteristika erhalten werden, bei denen sich der Druck Pc in der gemeinsamen Leitung verringert. Bei dem Schritt S103 werden, wenn der Druck Pc in der gemeinsamen Leitung den Solldruck in der n-ten Druckreduzierungsperiode erreicht, n Sätze von V2(k) und T2(k) zugewiesen, und zwar V2(1) bis V2(n) und T2(1) bis T2(n). Außerdem werden V2(n) und T2(n) bei der letzten Druckreduzierungsperiode so festgelegt, dass ein Enddruck auf den Solldruck festgelegt ist.

Insbesondere wird die Sollspannung V2(1) bei der ersten Druckreduzierungsperiode geringfügig größer als die Ventilschließgrenze bestimmt, die dem anfänglichen Druck in der gemeinsamen Leitung mit einem Spielraum entspricht. Nachfolgend wird eine Druckreduzierungsspanne erhalten, indem ein Spielraum bis zu der Nicht-Einspritz-Grenze betrachtet wird, der sich verringert, wenn der Druck in der gemeinsamen Leitung niedrig ist, und die Halbhubzeit T2(1) wird bestimmt, die dieser Druckreduzierungsspanne entspricht. Dieses soll dann aufeinanderfolgend wiederholt werden, und die zweite Sollspannung V2(2) wird zum Beispiel geringfügig größer als die Ventilschließgrenze bestimmt, die zu diesem Zeitpunkt dem Druck in der gemeinsamen Leitung mit einem Spielraum entspricht.

Hierbei besteht die Abbildungsinformation im Wesentlichen nur aus der zweiten Sollspannung V2(k), wenn die Halbhubzeit T2(k) konstant ist und der Verlauf der Piezostapelspannung erhalten wird, wodurch eine Reduzierung einer Steuerlast ermöglicht wird. Bezüglich einer Abbildung ist des Weiteren der Bereich des Drucks in der bei einem Kraftstoffeinspritzsystem verwendeten gemeinsamen Leitung in mehrere Bereiche geteilt, und ein Spannungswert ist jedem einzelnen Bereich so zugewiesen, dass er in den Bereich eintritt, der zwischen der Ventilschließgrenze und der Nicht-Einspritz-Grenze eingefasst ist. Gleichzeitig wird eine erforderliche Druckreduzierungszeit für jeden einzelnen Bereich zugewiesen, sofern die Spanne von jedem Bereich als eine Druckreduzierungsspanne bestimmt ist, und das Ergebnis soll auch für die Sollspannung V2(k) und die Halbhubzeit T2(k) eingelesen werden. In diesem Fall ist der Verlauf der Piezostapelspannung einfach. Nachfolgend gibt es nur die Halbhubzeit T2(1) in der ersten Druckreduzierungsperiode und die Halbhubzeit T2(n) in der letzten Druckreduzierungsperiode. Die Halbhubzeit T2(1) soll auf der Grundlage des Drucks Pc in der gemeinsamen Leitung gekürzt und korrigiert werden, und die Halbhubzeit T2(n) soll auf der Grundlage des Solldrucks gekürzt und korrigiert werden. Auch in diesem Fall kann eine ROM-Kapazitätslast reduziert werden, indem der Bereich so definiert wird, dass die Druckreduzierungsspanne einfach sein kann.

Gemäß dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel ist die Piezostapelspannung Vp durch die eingestellte Entladung geringer als die erste Ladespannung V1, wenn das Ventil 323 angehoben wird. Demgemäß kann das Ventil 323 durch eine ausreichende Ladespannung korrekt angehoben werden, und eine nicht korrekte Einspritzung bei der Druckreduzierungssteuerung kann verhindert werden, indem die Ladespannung vermindert wird. Außerdem kann die Ladespannung nach der eingestellten Entladung außerdem unter einer Ventilbewegungsgrenze festgelegt werden. Und zwar kann jener Bereich einer Piezostapelspannung im Wesentlichen vergrößert werden, in dem das Ventil 323 halb angehoben werden kann. Demgemäß darf die Steuergenauigkeit bei der Druckreduzierungssteuerung vermindert werden, und ein Kostenanstieg kann unterdrückt werden.

Außerdem kann der Druck in der gemeinsamen Leitung ungeachtet einer erforderlichen Druckreduzierungsspanne bis zu dem Solldruck reduziert werden, da eine Druckreduzierungsperiode wiederholt wird.

(Fünftes Ausführungsbeispiel)

Die Fig. 14 zeigt die Konfiguration der Piezoaktuatorantriebsschaltung eines Kraftstoffeinspritzsystems gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Piezoaktuatorantriebsschaltung des ersten Ausführungsbeispiels wurde durch eine andere Konfiguration ersetzt, und es werden hauptsächlich die Unterschiede zu dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben. Außerdem werden für jede Einheit die gleichen Bezugszeichen wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel festgelegt, die im Wesentlichen den gleichen Vorgang wie bei dem vierten Ausführungsbeispiel gemäß der Beschreibung durchführt.

Eine Steuerschaltung 238A einer Piezoaktuatorantriebsschaltung 203A hat grundsätzlich die gleiche Konfiguration und Steuerungsinhalte wie bei dem vierten Ausführungsbeispiel. Die Steuerschaltung schaltet die Schaltelement 234 und 235 für ein Einspritzsignal und ein Druckreduziersignal ein und aus, und sie lädt und entlädt die Piezostapel 326A-326D. Bei der Druckreduzierungssteuerung für die gemeinsame Leitung wird außerdem eine Druckreduzierungsperiode so festgelegt, dass sie in der gleichen Art und Weise wie bei dem vierten Ausführungsbeispiel wiederholt ausgeführt werden kann. Die Unterschiede beruhen darin, dass bei dem vierten Ausführungsbeispiel sämtliche zweite Sollspannungen der Druckreduzierungsperiode, die mehrmals bis zu dem Solldruck durchgeführt wird, auf der Grundlage des Drucks in der gemeinsamen Leitung und der Sollspannung festgelegt werden, wenn ein Druckreduzierungssignal eingegeben wird, wohingegen sie bei diesem Ausführungsbeispiel in jeder Druckreduzierungsperiode festgelegt werden.

Die Fig. 15 zeigt Steuerungsinhalte für eine Druckreduzierungssteuerung bei der Steuerschaltung 238A. Zunächst wird eine Marke, die die letzte Druckreduzierungsperiode angibt, auf "0" festgelegt (Schritt S201), und ein Solldruck wird vorgesehen (Schritt S202).

Als Nächstes wird der Druck Pc in der gemeinsamen Leitung vorgesehen (Schritt S203), und die zweite Sollspannung V2 und die Halbhubzeit T2 werden auf der Grundlage von diesem Druck Pc in der gemeinsamen Leitung aus einer Abbildung eingelesen (Schritt S204). V2 und T2 sind im Wesentlichen gleichwertige Parameter wie die zweiten Sollspannungen V2(k) und T2(k) bei dem vierten Ausführungsbeispiel, und sie definieren Erregungsmuster für die Piezostapel 326A-326D.

Bei dem nachfolgenden Schritt S205 wird bestimmt, ob die letzte Druckreduzierungsperiode anzunehmen ist oder nicht. Falls eine negative Bestimmung erhalten wird, dann wird der Schritt S206 übersprungen, und der Prozess schreitet zu dem Schritt S207 weiter. Die Bestimmung, ob die letzte Druckreduzierungsperiode anzunehmen ist, wird in Abhängigkeit dessen durchgeführt, ob die Differenz zwischen dem Solldruck (Schritt S202) und dem Druck Pc in der gemeinsamen Leitung (Schritt S203) kleiner ist als ein voreingestellter Schwellwert.

Nachfolgend wird das erste Schaltelement 234 auf AUS festgelegt, wenn die Piezostapel 326A-326D in der gleichen Art und Weise wie bei dem Schritt S105 bei dem vierten Ausführungsbeispiel geladen wurden (Schritt S207) und die erfasste Piezostapelspannung die Sollspannung V1 erreicht. Wenn die Vollhubzeit T1 seit der Beendigung des Ladevorgangs der Piezostapel 326A-326D verstrichen ist (Schritt S208), dann wird das zweite Schaltelement 235 ein- und ausgeschaltet, und eine eingestellte Entladung wird in der gleichen Art und Weise wie bei dem vierten Ausführungsbeispiel durchgeführt, und dann wird die Spannung bis zu der zweiten Sollspannung V2 reduziert, die die zweite Ladekapazität ist (Schritt S209).

Eine Piezostapelspannung verschiebt sich in der Halbhubzeit T2 (einige Millisekunden) auf die zweite Sollspannung V2 (Schritt S210). Dann wird das zweite Schaltelement 235 nach der Halbhubzeit T2 erneut ein- und ausgeschaltet, und alle Piezostapel 326A-326D werden entladen, bis die Piezostapelspannung auf 0 eingestellt ist (Schritt S211). Demgemäß wird die erste Druckreduzierungsperiode beendet.

Dann wird bestimmt, ob die Marke f "0" ist oder nicht (Schritt S212). Falls die letzte Druckreduzierungsperiode nicht anzunehmen ist, dann wird die zweite Druckreduzierungsperiode ausgeführt (Schritt S203 und folgende Schritte).

Falls sich V2 zu V2(1) und V2(2) gemäß der Fig. 11 verschiebt, dann erreicht der Druck in der gemeinsamen Leitung den Solldruck in der zweiten Druckreduzierungsperiode. In diesem Fall wird bei dem zweiten Schritt S205, der bestimmt, ob die letzte Druckreduzierungsperiode anzunehmen ist oder nicht, eine positive Bestimmung erhalten, und die Marke wird auf "1" festgelegt (Schritt S206). Demgemäß wird dieser Ablauf nach dem Schritt S212 beendet.

Bei dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel muss die zweite Sollspannung ungeachtet der Anzahl der Druckreduzierungsperioden bis zum Erreichen des Solldrucks jeweils temporär eingelesen werden, wenn ein Druckreduzierungssignal angegeben wird und eine Steuerlast niedrig ist.

Bei dem vorstehend beschriebenen vierten und fünften Ausführungsbeispiel kann der Druck ungeachtet der Differenz zwischen dem Druck in der gemeinsamen Leitung und dem Solldruck bis zu dem Solldruck reduziert werden, indem die Druckreduzierungsperiode wiederholt wird, die die zweite Sollspannung verringert. Alternativ kann gemäß einer erforderlichen Druckreduzierungsspanne die Druckreduzierungsperiode so festgelegt werden, dass sie nur einmal beendet wird.

Bei dem vorstehend beschriebenen vierten und fünften Ausführungsbeispiel werden alle Piezostapel entladen, wenn jede Druckreduzierungsperiode beendet wird. Alternativ ist eine im Wesentlichen vollständige Entladung akzeptabel, die eine Ventilschließgrenze nicht überschreitet, falls die Druckreduzierungsperiode vor Erreichen des Solldrucks angenommen wird.

Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen wird die erste Sollspannung V1 auf einen Spannungswert festgelegt, bei dem das Ventil 323 zu dem Vollhub geschaltet werden kann. Alternativ ist jener Spannungswert akzeptabel, bei dem das Ventil 123 einen Hubvorgang korrekt durchführen kann. Des Weiteren kann die Druckreduzierungsperiode so festgelegt sein, dass sie sich jedes Mal dann allmählich dann verringert, wenn die Druckreduzierungsperiode wiederholt wird, da eine Ventilbewegungsgrenze und eine Nicht-Einspritz-Grenze verringert werden, wenn der Druck in der gemeinsamen Leitung niedrig ist.

Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen wird die Druckreduzierungsperiode durch die Zeit definiert. Alternativ kann ein festgelegter Wert des Drucks in der gemeinsamen Leitung, der das Ende der Druckreduzierungsperiode definiert, zusammen mit dem zweiten Sollwert in einer Abbildung gespeichert werden, und eine vollständige Entladung kann durchgeführt werden, wenn der Druck in der gemeinsamen Leitung während einer erfassten Druckreduzierungsperiode auf den festgelegten Wert festgelegt wird.

Des Weiteren wird bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen für die Piezostapelladekapazität die Piezostapelklemmenspannung erfasst. Jedoch ist zum Beispiel ein integrierter Wert eines Ladestroms optional.

Des Weiteren kann der Ventilhalbhub für eine andere Anwendung wie zum Beispiel eine Einspritzungsratensteuerung verwendet werden, auch wenn der Ventilhalbhub bei der Druckreduzierungssteuerung durchgeführt wird. In diesem Fall wird die Größe der eingestellten Entladung so festgelegt, dass die Kraftstoffeinspritzung durch den Halbhub erzeugt werden kann.

Bei einer Ladesteuerung eines Piezostapels (2A) einer Einspritzvorrichtung (4) drückt und treibt der Piezostapel (2A) durch den Öldruck einer Versetzungsverstärkungskammer (413) ein Ventilelement (423) einer Staudrucksteuereinheit (4B), das den Staudruck einer Nadel (421) aufnimmt. Eine Piezostapelspannung, die sich infolge eines piezoelektrischen Effekts in einer Ladestopperiode verringert, wird auf einen Spannungswert wiederhergestellt, der zum Halten des Ventilelementvollhubs erforderlich ist, indem die Ladestopperiode und dann eine zweite Ladeperiode nach einer ersten Ladestopperiode vorgesehen werden, wobei das Ventilelement (423) angehoben wird, und die Spitzenspannung des Piezostapels (2A) wird vermindert, die bei der ersten Ladeperiode erreicht wird.

Claims

1. Kraftstoffeinspritzsystem mit:
einer Einspritzvorrichtung einschließlich einer Nadel (421), die ein Düsenloch (403) öffnet und schließt und mit hohem Druck beaufschlagten Kraftstoff aus dem Düsenloch (403) einspritzt, einer Staudruckkammer (406), in der Kraftstoff eingeführt ist und die den Staudruck der Nadel (421) erzeugt, einer Staudrucksteuereinheit (4b), die den hohen und niedrigen Druck der Staudruckkammer (406) durch Anordnen eines Ventilelements (423) in einer Ventilkammer (410) schaltet, die zwischen der Staudruckkammer (406) und einer Niederdruckquelle angeordnet ist, und eines Piezoaktuators (4c), der die Schub/Druckkraft eines Piezostapels (2) durch Öldruck zu einen Kolben (424) überträgt, der das Ventilelement (423) direkt verschiebt, und der das Ventilelement (423) in der Hubrichtung drückt und antreibt, wenn der Piezostapel (2) geladen wird;
einer Erregereinrichtung, die eine elektrische Stromleitung zu dem Piezostapel (2) bewirkt und ein Laden und Entladen des Piezostapels (2) durchführt, und
einer Steuereinrichtung, die das Laden und Entladen durch die Erregereinrichtung steuert und den Druck der Staudruckkammer (406) erhöht und verringert, wobei
die Steuereinrichtung so festgelegt ist, dass in der Ventilelementbetätigungsperiode von dem Start des Hubs des Ventilelements (423) bis zum Vollhub eine Spannungsabfallperiode vorgesehen werden kann, in der ein Ladestrom reduziert ist und die Klemmenspannung des Piezostapels (2) abfällt, und dass in der Ventilelementbetätigungsperiode eine Ladeperiode nach einem Start eines Spannungsabfalls vorgesehen werden kann, in der der Ladestrom nach dem Start des Spannungsabfalls fließt.

2. Kraftstoffeinspritzsystem gemäß Anspruch 1, wobei die Steuereinrichtung so festgelegt ist, dass die Ladeperiode nach dem Start des Spannungsabfalls bis zu dem Ventilelementvollhub andauern kann.

3. Kraftstoffeinspritzsystem gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Steuereinrichtung so festgelegt ist, dass das Laden des Piezostapels (2) temporär gestoppt wird und die Spannungsabfallperiode vorgesehen wird, und dass dann die elektrische Stromleitung erneut durchgeführt wird und die Ladeperiode nach dem Start des Spannungsabfalls vorgesehen wird.

4. Kraftstoffeinspritzsystem gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Steuereinrichtung so festgelegt ist, dass sich der Ladestrom auf eine Stromstärke außer 0 verringern kann, bei der sich die Klemmenspannung des Piezostapels (2) verringert, und dass die Spannungsabfallperiode und die Ladeperiode nach dem Start des Spannungsabfalls vorgesehen werden können.

5. Kraftstoffeinspritzsystem mit:
einer Einspritzvorrichtung (201) einschließlich einer Düseneinheit (201a), die eine Nadel (321) hat, welche ein Düsenloch (303) öffnet und schließt, und mit hohem Druck beaufschlagten Kraftstoff zuführt, der in einer gemeinsamen Leitung (224) gespeichert ist, und Kraftstoff aus dem Düsenloch (303) einspritzt, einer Staudruckkammer (306), in der der Kraftstoff aus der gemeinsamen Leitung (224) eingeführt ist und die den Staudruck der Nadel (321) erzeugt, und einer Staudruckerhöhungs- und Verringerungseinrichtung einschließlich eines Ventilelements (323) in einer Ventilkammer (310), die zwischen der Staudruckkammer (306) und einer Niederdruckquelle (313) angeordnet ist, wobei ein Anschluss an der Niederdruckseite schließbar ist und der Druck der Staudruckkammer (306) verringerbar ist, wenn sich ein Hubbetrag des Ventilelements (323) erhöht, und eines Piezoaktuators (201c), der einen Piezostapel (326) hat, der das Ventilelement (323) drückt und antreibt und den Hubbetrag des Ventilelements (323) erhöht, wenn sich die Ladekapazität des Piezostapels (326) erhöht;
einer Erregereinrichtung, die den Piezostapel (326) erregt und ein Laden und Entladen des Piezostapels (326) durchführt; und
einer Steuereinrichtung, die das Ventilelement (323) zwischen dem am Sitz angeordneten Zustand, dem Vollhubzustand und dem Halbhubzustand gemäß einem vorbestimmten Befehl schaltet, indem eine elektrische Stromleitung durch die Erregereinrichtung gesteuert wird, wobei
die Steuereinrichtung so festgelegt ist, dass sie eine eingestellte Entladung durchführt, die den Piezostapel (326) bis zu einer vorbestimmten zweiten Ladekapazität entlädt, wenn der Piezostapel (326) bis zu einer ersten Ladekapazität geladen ist, bei der das Ventilelement (323) angehoben ist, und das Ventilelement (323) wird während der Periode eines Befehls, mit dem das Ventilelement (323) geschaltet wird, auf den Halbhub angehoben.

6. Kraftstoffeinspritzsystem mit:
einer Einspritzvorrichtung (201) einschließlich einer Düseneinheit (201a), die eine Nadel (321) hat, die ein Düsenloch (303) öffnet und schließt, und die mit hohem Druck beaufschlagten Kraftstoff zuführt, der in einer gemeinsamen Leitung (224) gespeichert ist, und den Kraftstoff aus dem Düsenloch (303) einspritzt, einer Staudruckkammer (306), in der der Kraftstoff aus der gemeinsamen Leitung (224) eingeführt ist und die den Staudruck der Nadel (321) erzeugt, und einer Staudruckerhöhungs- und Verringerungseinrichtung einschließlich eines Ventilelements (323) in einer Ventilkammer (310), die zwischen der Staudruckkammer (306) und einer Niederdruckquelle (313) angeordnet ist, wobei ein Anschluss an der Niederdruckseite schließbar ist und der Druck der Staudruckkammer (306) verringerbar ist, wenn sich ein Hubbetrag des Ventilelements (323) erhöht, und eines Piezoaktuators (201c), der einen Piezostapel (326) hat, der das Ventilelement (323) drückt und antreibt und den Hubbetrag des Ventilelements (323) erhöht, wenn sich die Ladekapazität des Piezostapels (326) erhöht;
einer Erregereinrichtung, die den Piezostapel (326) erregt und ein Laden und Entladen des Piezostapels (326) durchführt; und
einer Steuereinrichtung, die bei einem Kraftstoffeinspritzbefehl das Ventilelement (323) zwischen dem am Sitz angeordneten Zustand, dem Vollhubzustand und dem Halbhubzustand schaltet und die Nadel (321) öffnet und schließt, indem eine elektrische Stromleitung durch die Erregereinrichtung gesteuert wird, und die bei einem Druckreduzierungsbefehl für den Kraftstoffdruck in der gemeinsamen Leitung (224) das Ventilelement (423) zu einen Hubzustand schaltet, wobei die Nadel (321) am Sitz angeordnet bleibt, wobei
die Steuereinrichtung so festgelegt ist, dass sie in der Periode eines Befehls, mit dem das Ventilelement (323) geschaltet wird, eine eingestellte Entladung durchführt, bei der der Piezostapel (326) bis zu einer ersten Ladekapazität geladen wird, bei der das Ventilelement (323) zu dem Halbhub angehoben werden kann, und der Piezostapel (326) wird bis zu einer vorbestimmten zweiten Ladekapazität entladen, wenn das Ventilelement (323) angehoben ist, und
die zweite Ladekapazität ist unter der oberen Grenze, bei der die Nadel (321) in den am Sitz angeordneten Zustand gehalten werden kann, und über der unteren Grenze festgelegt, bei der das Ventilelement (323) in dem Vollhubzustand gehalten werden kann, nachdem es angehoben wurde.

7. Kraftstoffeinspritzsystem gemäß Anspruch 6, wobei die erste Ladekapazität auf einen Wert festgelegt ist, bei dem sich der Druck der Staudruckkammer (306) beim Hub des Ventilelements (323) unter den oberen Grenzdruckwert verringern kann, bei dem die Nadel (321) geöffnet werden kann, und
die Zeitgebung der eingestellten Entladung festgelegt ist, bevor sich der Druck der Staudruckkammer (306) unter den oberen Grenzdruckwert verringert, bei dem die Nadel (321) geöffnet werden kann.

8. Kraftstoffeinspritzsystem gemäß Anspruch 6 oder 7, das des Weiteren Folgendes aufweist:
eine Druckerfassungseinrichtung, die den Kraftstoffdruck in der gemeinsamen Leitung (224) erfasst, wobei
die Steuereinrichtung so festgelegt ist, dass eine Druckreduzierungsperiode wiederholt wird, bei der ein Start des Ladens des Piezostapels (326) als die Anfangsphase bestimmt ist und die vollständige Entladung von dem Zustand der zweiten Ladekapazität aus als die letzte Phase bestimmt ist, bis der erfasste Kraftstoffdruck in der gemeinsamen Leitung einen Solldruckwert erreicht, und
dass die zweite Ladekapazität in jeder der Druckreduzierungsperioden stufenweise verringert werden kann, wenn die Druckreduzierung wiederholt wird.

9. Kraftstoffeinspritzsystem gemäß Anspruch 8, wobei die Steuereinrichtung so festgelegt ist, dass die Länge der Druckreduzierungsperiode und die zweite Ladekapazität zugewiesen werden, bis der Kraftstoffdruck in der gemeinsamen Leitung den Solldruckwert erreicht, auf der Grundlage des Kraftstoffdrucks in der gemeinsamen Leitung, der dann erfasst wird, wenn der Druckreduzierungsbefehl eingegeben wird.

10. Kraftstoffeinspritzsystem gemäß Anspruch 8, wobei die Steuereinrichtung so festgelegt ist, dass die Länge der Druckreduzierungsperiode und die zweite Ladekapazität auf der Grundlage des Kraftstoffdrucks in der gemeinsamen Leitung zugewiesen werden, der jedes Mal dann erfasst wird, wenn die Druckreduzierungsperiode wiederholt wird.