DE10157886B4

DE10157886B4 - Kraftstoffeinspritzeinheit eines Verbrennungsmotors

Info

Publication number: DE10157886B4
Application number: DE2001157886
Authority: DE
Inventors: Toshihiko Kariya-shi Igashira; Ryo Kariya-shi Katsura; Toshio Kariya-shi Kondo
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2000-11-27
Filing date: 2001-11-26
Publication date: 2009-12-17
Anticipated expiration: 2021-11-27
Also published as: DE10157886A1

Abstract

Kraftstoffeinspritzeinheit mit:
einer Steuerkammer (4) zum Erzeugen eines Drucks in einer Ventilschließrichtung, der an einer Düsennadel (12) wirkt, die ein Düsenloch (11) öffnet und schließt; und
einem Steuerventil (5) zum Erhöhen und Vermindern eines Drucks in der Steuerkammer (4), wenn das Steuerventil (5) geöffnet und geschlossen wird, wobei die Düsennadel (12) geöffnet wird, wenn der Druck in der Steuerkammer (4) abnimmt, wobei die Kraftstoffeinspritzeinheit des Weiteren einen Steuerabschnitt (9) aufweist, der eine Hubposition der Düsennadel (12) auf eine vorbestimmte Position steuert, die niedriger als eine Vollhubposition bei einer Periode der Kraftstoffeinspritzung ist, während der Druck in der Steuerkammer (4) bei einem hohen Wert gehalten wird, der höher als der Druck des Vollhubs der Düsennadel (12) ist, wobei
das Steuerventil durch ein piezoelektrisches Betätigungsglied (14) angetrieben wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Druck bei dem hohen Wert gehalten wird, indem das Steuerventil (5) so gesteuert wird, dass...

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Kraftstoffeinspritzeinheit eines Verbrennungsmotors wie beispielsweise eines Dieselmotors. Genauer gesagt bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Kraftstoffeinspritzeinheit, bei der der Hub der Düsennadel variabel gesteuert werden kann. Außerdem bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Kraftstoffeinspritzeinheit, deren Einspritzrate geändert werden kann.
Um Kraftstoff unter hohem Druck in einen Motor wie beispielsweise einen Dieselmotor einzuspritzen, wird herkömmlicherweise eine Kraftstoffeinspritzeinheit der Common Rail-Art angewendet. Bei dieser Kraftstoffeinspritzeinheit wird der Kraftstoff von einer Common Rail zu einem Kraftstoffeinspritzventil von jedem Zylinder geliefert und es wird ein Kraftstoffeinspritzventil der Solenoidantriebsart weitgehend als dieses Kraftstoffeinspritzventil verwendet. In der Vergangenheit wurde ein Kraftstoffeinspritzventil der piezoelektrischen Antriebsart vorgeschlagen, bei dem ein piezoelektrisches Betätigungsglied angewendet wird, das in Übereinstimmung mit einer angelegten Spannung sich ausdehnt und zusammenzieht. Bei diesem Kraftstoffeinspritzventil der piezoelektrischen Antriebsart wird die Verschiebung des piezoelektrischen Betätigungsgliedes direkt oder hydraulisch zu einer Düsennadel übertragen. Daher ist dieses Kraftstoffeinspritzventil der piezoelektrischen Antriebsart vorteilhaft im Hinblick auf seine hohen Kraftstoffeinspritzansprecheigenschaften.
Bei diesen herkömmlichen Kraftstoffeinspritzeinheiten wird die Menge an eingespritztem Kraftstoff durch die Ventilöffnungszeit der Düsennadel gesteuert. Jedoch ist eine vorbestimmte Zeitspanne für das Ventilöffnen und das Ventilschließen der Düsennadel erforderlich. Daher verhält sich die Düsennadel unstabil, wenn die Menge an eingespritztem Kraftstoff gering ist, das heißt wenn die Zeitspanne der Kraftstoffeinspritzung klein ist. Demzufolge ist es schwierig, die Kraftstoffeinspritzmenge zuverlässig zu steuern. Um die vorstehend dargelegten Probleme zu lösen, haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung Untersuchungen in Bezug auf ein Verfahren durchgeführt, durch das der Hub der Düsennadel variabel so gesteuert wird, dass eine geringfügige Menge an Kraftstoff mit einer hohen Steuerbarkeit eingespritzt werden kann. Was die Kraftstoffeinspritzeinheit betrifft, bei der eine variable Steuerung bei dem Hub der Düsennadel durch ein Kraftstoffeinspritzventil der piezoelektrischen Antriebsart ausgeführt wird, so ist ein Beispiel in dem US-Patent Nr. 5 803 370 offenbart. Gemäß diesem Patent wird, wenn eine an einem piezoelektrischen Betätigungsglied angelegte Spannung gesteuert wird, der Hub der durch eine mit dem piezoelektrischen Antriebsglied einstückigen Stange angetriebenen Düsennadel so verändert, dass die Düsennadel bei einer Zwischenposition (halbe Hubposition) zwischen einer Kontaktposition der Düsennadel mit dem Ventilsitz und einer Vollhubposition gehalten werden kann.
Jedoch treibt gemäß der in dem US Patent Nr. 5 803 370 offenbarten vorstehend beschriebenen Kraftstoffeinspritzeinheit die Stange, die mit dem piezoelektrischen Betätigungsglied zu einem Körper einstückig ausgebildet ist, direkt die Düsennadel an. Daher ist es erforderlich, dass das piezoelektrische Betätigungsglied entsprechend der Verschiebung der Düsennadel verschoben wird und dass außerdem das piezoelektrische Betätigungsglied eine Kraft entsprechend Verschiebung der Düsennadel erzeugt. Aus den vorstehend dargelegten Gründen nimmt die Größe des piezoelektrischen Betätigungsgliedes zwangsweise mit der zum Antreiben des piezoelektrischen Betätigungsgliedes erforderlichen Intensität der Energie zu. Des weiteren ist es zum Anhalten der Düsennadel an einer vorbestimmten Halbhubposition erforderlich, ein Dämpferelement vorzusehen. Genauer gesagt ist ein Dämpferkolben gleitfähig um die Stange herum angeordnet, um die Düsennadel anzutreiben, und eine Dämpferkammer ist an der oberen Position angeordnet. Des weiteren ist eine mit der Dämpferkammer in Verbindung stehende Kraftstoffkammer an einer unteren Position des Dämpferkolbens angeordnet, um zu verhindern, dass die Stange und die Düsennadel während des Zusammenziehens des piezoelektrischen Betätigungsgliedes behindert werden. Wie dies vorstehend beschrieben ist, ist der in dem US-Patent Nr. 5 803 370 offenbarte Aufbau der Kraftstoffeinspritzeinheit kompliziert.
Andererseits ist eine Kraftstoffeinspritzeinheit geschaffen worden, bei der ein Gegendruck einer Düsennadel durch ein Hydrauliksteuerventil gesteuert wird, das durch ein piezoelektrisches Betätigungsglied angetrieben wird. Bei dieser Kraftstoffeinspritzeinheit ist das Hydrauliksteuerventil derart aufgebaut, dass es zwischen einer Steuerkammer zum Aufbringen eines Gegendruckes an der Düsennadel und einem Ablaufkanal öffnen und schließen kann. Wenn der Druck in der Steuerkammer in Übereinstimmung mit dem Öffnungsvorgang und Schließvorgang des Ablaufkanals zunimmt und abnimmt, wird die Düsennadel angehoben und abgesenkt. Bei dieser Kraftstoffeinspritzeinheit ist es ausreichend, dass das piezoelektrische Betätigungsglied eine zum Antreiben des Hydrauliksteuerventils erforderliche Verschiebung erzeugt. Es ist daher möglich, die Größe dieser Kraftstoffeinspritzeinheit zu verringern. Jedoch sind bislang keine Untersuchungen in Bezug auf die Halbhubsteuerung durchgeführt worden.
Ferner bezieht sich die WO 89/11034 A1 auf ein Steuersystem für eine Dieselbrennkraftmaschine, in dem eine Kraftstoffzufuhr mittels eines Elektromagnetventils reguliert wird. Das Elektromagnetventil wird getaktet angesteuert. Ein Druckverlauf in einem Pumpenarbeitsraum wird durch das Tastverhältnis des elektromagnetischen Ventils gesteuert.
Darüber hinaus zeigt die EP 0 741 244 B1 eine Einspritzdüse für ein Common Rail Einspritzsystem zum Bereitstellen einer genauen Voreinspritzung und einer zyklisch gesteuerten Haupteinspritzung.
Ferner zeigt die GB 2340610 A einen Nadelhubsensor zum Überwachen der Position einer Ventilnadel eines Kraftstoffinjektors. Ein Stellglied wird betätigt, wenn die Einspritzung beginnt, und wird nicht betätigt, wenn die Einspritzung beendet wird.
Darüber hinaus betrifft die DE 196 36 088 A1 ein Verfahren zur Steuerung der direkten Einspritzung von Kraftstoff einschließlich einer Voreinspritzung und einer Haupteinspritzung. Insbesondere bezieht sich diese Druckschrift auf die Steuerung des Übergangs zwischen einer Voreinspritzung und einer Haupteinspritzung durch Steuerung eines Hubs eins Steuerventils.
Außerdem zeigt die DE 195 04 849 A1 eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine Brennkraftmaschine, die über getaktetes Ansteuern von Steuerventilen angesteuert wird.
Schließlich zeigt die DE 100 08 445 A1 eine gattungsgemäße Kraftstoffeinspritzeinheit.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kraftstoffspritzeinheit zu schaffen, die es ermöglicht, eine reduzierte Menge an Kraftstoff mit einem einfachen Steuerabschnitt einzuspritzen.
Diese Aufgabe wird durch eine Kraftstoffeinspritzeinheit gelöst, die die Merkmale des Patentanspruchs 1 oder 11 aufweist. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
Insbesondere wird gemäß der vorliegenden Erfindung bei einer Kraftstoffeinspritzeinheit der Gegendruck der Düsennadel durch ein Hydrauliksteuerventil gesteuert, wobei eine Halbhubsteuerung der Düsennadel durchgeführt werden kann; die Größe der Kraftstoffeinspritzeinheit gering ist und die Steuerbarkeit der Kraftstoffeinspritzeinheit hoch ist.
Die Kraftstoffeinspritzeinheit eines Verbrennungsmotors ist mit einer Einspritzeinrichtung versehen, um einen Kraftstoff zum Ausbilden eines Gemisches in jedem Zylinder einzuspritzen. Die Einspritzeinrichtung kann zwischen dem Einspritzen von Kraftstoff, bei dem Kraftstoff aus einem Düsenloch eingespritzt wird, und dem Anhalten des Kraftstoffes durch die Wirkung einer Nadel, die geradlinig bewegt wird, frei umschalten. Ein Antriebszustand der Nadel wird zwischen dem ersten angetriebenen Zustand, bei dem die Nadel in eine Richtung derart gedrückt wird, dass die Verschiebung der Nadel 0 ist, und dem zweiten Antriebszustand gewählt, bei dem die Antriebsrichtung entgegengesetzt zu derjenigen des ersten Antriebszustandes ist und die Nadel in eine Richtung derart gedrückt wird, dass die Verschiebung der Nadel maximal ist. Wenn der Antriebszustand der Nadel in dieser Weise umgeschaltet wird, kann das Einspritzen von Kraftstoff zwischen Start und Anhalten geändert werden.
Ein typischer Aufbau zum Umschalten des Antriebszustandes der Nadel ist nachstehend beschrieben.
Eine Drückkraft in der Ventilöffnungsrichtung wird stets auf die Nadel durch den mit Druck beaufschlagten Kraftstoff ausgeübt. Gleichzeitig ist an der hinteren Endflächenseite der Nadel eine Gegendruckkammer zum Erzeugen eines Gegendruckes in dem Kraftstoff vorgesehen, durch die die Nadel in der Ventilschließrichtung gedrückt wird, so dass ein Gegendruck zwischen einem hohen Zustand und einem niedrigen Zustand verändert werden kann. Wird der Gegendruck durch den Druck des Kraftstoffes erhöht, der von der Hochdruckquelle in die Gegendruckkammer eingeleitet wird, und die Nadel wird in die Richtung zu dem Sitz hin gedrückt, in der eine Verschiebung der Nadel zu 0 wird. Bei dem zweiten Antriebszustand wird der Gegendruck verringert, wenn der Kraftstoff in der Gegendruckkammer zu einer Niedrigdruckquelle abgegeben wird, und die Nadel wird in die Hubrichtung gedrückt, in der die Verschiebung der Nadel maximal wird.
Das Einleiten von Kraftstoff in die und das Abgeben von Kraftstoff aus der Gegendruckkammer kann durch ein 2-Wege-Ventil oder ein 3-Wege-Ventil geändert werden, das zwischen der Gegendruckkammer und der Niedrigdruckquelle angeordnet ist. Die Öffnungs- und Schließbewegung wird durch ein an der Einspritzeinrichtung montiertes Betätigungsglied ausgeführt.
In diesem Zusammenhang sind in der Vergangenheit erneute Versuche unternommen worden, um das Abgas zu reinigen oder die Leistung eines Verbrennungsmotors zu erhöhen, indem die Einspritzrate oder der Zerstäubungszustand in Übereinstimmung mit dem Antriebszustand des Verbrennungsmotors geändert wird, beispielsweise indem die Einspritzrate oder der Zerstäubungszustand zwischen einem Niedrigdrehzahlbereich und einem Hochdrehzahlbereich geändert wird oder alternativ indem die Einspritzrate oder der Zerstäubungszustand zwischen einem Leichtlastbereich und einem Schwerlastbereich geändert wird, so dass der beste Verbrennungszustand verwirklicht werden kann, der für den Antriebszustand geeignet ist. Für die Einrichtung zum Ändern der Einspritzrate oder des Zerstäubungszustandes werden die folgenden Verfahren angewendet. Die Querschnittsfläche eines Strömungskanals zum Bestimmung der Strömungsrate der Einspritzung wird im Wesentlichen durch die Öffnungsfläche des Düsenloches bestimmt. Jedoch wird bei einem Anfangszustand, bei dem ein Endabschnitt der Nadel mit dem Anheben aus einem Referenzzustand beginnt, bei dem ein Endabschnitt der Nadel an dem Sitz sitzt, die Querschnittsfläche des Kanals zum Bestimmen der Strömungsrate der Einspritzung durch den Zwischenraum bestimmt, der zwischen dem Endabschnitt der Nadel und dem Sitz ausgebildet ist. Diese Querschnittsfläche des Kanals wird erhöht, wenn der Hub zunimmt. Jedoch wird, nachdem der Hub einen vorbestimmten Wert erreicht hat, diese Querschnittsfläche des Kanals durch die Öffnungsfläche des Düsenloches bestimmt. Daher wird die Nadel bei einem Zwischenzustand (halber Hub), bei dem die Nadel nicht den Gesamthub erreicht, so gesteuert, dass die Kraftstoffeinspritzung in Übereinstimmung mit der Öffnungsfläche ausgeführt wird, die durch den Zwischenraum bestimmt wird, der zwischen dem Endabschnitt der Nadel und dem Sitz ausgebildet ist.
Als eine spezifische Einrichtung zum Verwirklichen eines Zustandes eines halben Hubes ist es beispielsweise möglich, eine Einrichtung in Erwägung zu ziehen, durch die ein Gegendruck der Nadel zwischen zwei Schritten geändert wird, indem die Strömungsrate des aus der Gegendruckkammer abgegebenen Kraftstoffes eingestellt wird. Jedoch hat diese Einrichtung einen Nachteil dahingehend, dass der Aufbau im Vergleich zu einem einfachen Einspritzeinrichtungsaufbau kompliziert wird, bei dem der Antriebszustand der Nadel einfach zwischen zwei Werten geändert wird.
Die vorliegende Erfindung ist im Hinblick auf die vorstehend dargelegten Umstände ausgeführt worden.
Eine Kraftstoffeinspritzeinheit des ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung weist folgendes auf: eine Steuerkammer zum Ausüben eines Druckes in einer Ventilschließrichtung an einer Düsennadel zum Öffnen und Schließen eines Düsenloches; und ein Steuerventil zum Erhöhen und Vermindern des Druckes in der Steuerkammer, wenn das Steuerventil geöffnet und geschlossen wird, wobei die Düsennadel geöffnet wird, wenn der Druck in der Steuerkammer abnimmt. Das Steuerventil wird durch ein piezoelektrisches Betätigungsglied angetrieben.
Die Kraftstoffeinspritzeinheit weist des weiteren einen Steuerabschnitt auf, um eine Hubposition der Düsennadel bei einer vorbestimmten Position, die niedriger als eine Gesamthubposition ist, in einer Periode der Kraftstoffeinspritzung zu steuern, während der Druck in der Steuerkammer bei einem Wert gehalten wird, der höher als der Druck des Gesamthubs der Düsennadel ist, wenn das Steuerventil so gesteuert wird, dass es je Düsenöffnung getaktet mehrmals öffnet und schließt.
Bei der Kraftstoffeinspritzeinheit mit dem vorstehend dargelegten Aufbau, bei dem der Druck der Steuerkammer zum Ausüben eines Gegendrucks an der Düsennadel durch das Steuerventil gesteuert wird, beispielsweise ist es dann, wenn das Steuerventil wiederholt geöffnet und geschlossen wird, möglich, den Druck in der Steuerkammer in einem vorbestimmten Bereich zu halten. Demgemäß ist es möglich, die Düsennadel bei einer beliebigen Position vor der Gesamthubposition zu steuern, und es ist beispielsweise möglich, die Düsennadel bei einer Halbhubposition zu steuern, indem der Druck in der Steuerkammer gesteuert wird. Folglich ist es möglich, die Steuerbarkeit der Kraftstoffeinspritzeinrichtung zu verbessern, ohne die Größe der Einheit zu erhöhen und auch ohne den Aufbau kompliziert zu gestalten. Daher ist es möglich, eine Kraftstoffeinspritzeinheit zu verwirklichen, deren Größe gering ist und deren Steuerbarkeit hoch ist. Es wird ein piezoelektrisches Betätigungsglied angewendet, weil dessen Ansprecheigenschaft hoch ist, da das Steuerventil mit einer hohen Steuerbarkeit geöffnet und geschlossen werden kann.
Ferner wird gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung das Steuerventil geöffnet, wenn Energie zu ihm geliefert wird, so dass die Steuerkammer mit einem Ablaufkanal in Verbindung steht, und der Steuerabschnitt steuert den Druck in der Steuerkammer, wenn der Steuerabschnitt eine Öffnungs- und Schließbewegung des Steuerventils wiederholt. Genauer gesagt wird in einem normalen Zustand das Steuerventil geschlossen, so dass die Steuerkammer bei einem hohen Druck gehalten wird. Wenn das Steuerventil durch den Steuerabschnitt geöffnet wird, wird der Druck in der Steuerkammer verringert. Wenn die Öffnungs- und Schließbewegung wiederholt wird, wird der Druck in der Steuerkammer erhöht und vermindert, so dass die Düsennadel gesteuert werden kann und bei einer erwünschten Hubposition gehalten werden kann.
Bei dem dritten Ausführungsbeispiel der folgenden Erfindung liefert der Steuerabschnitt Energie zu dem Steuerventil, so dass das Steuerventil wiederholt bei einer vorbestimmten Periode für eine vorbestimmte Zeit lang geöffnet werden kann. Wenn zu diesem Zeitpunkt das Steuerventil eine konstante Ventilöffnungs- und Ventilschließbewegung wiederholt, wird der Druck in der Steuereinheit wiederholt in einem konstanten Bereich erhöht und verringert. Daher ist es möglich, die Düsennadel so zu steuern, dass eine Hubposition der Düsennadel in einem konstanten Bereich gehalten werden kann.
Bei dem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung führt der Steuerabschnitt wiederholt eine Öffnungs- und Schließbewegung des Steuerventils derart aus, dass eine Ventilöffnungszeit bei dem ersten Mal länger als nach dem ersten Mal sein kann. In dem Fall, bei dem die Düsennadel angehoben wird, ist eine hohe Kraft erforderlich, wenn die Düsennadel von dem Düsensitz zunächst angehoben wird. Daher wird die Ventilöffnungsbewegung des Steuerventils beim ersten Mal verlängert, um so den Druck in der Steuerkammer außerordentlich zu verringern.
Bei dem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung des weiteren eine Huberfassungseinrichtung auf, um einen Hub einer Düsennadel direkt oder indirekt zu erfassen. Der Steuerabschnitt öffnet und schließt das Steuerventil in Übereinstimmung mit einem Erfassungssignal, das von der Huberfassungseinrichtung gesendet wird. Beispielsweise wenn ein Hub der Düsennadel einen vorbestimmten Wert überschreitet, wird das Steuerventil geschlossen und der Druck in der Steuerkammer wird erhöht. Im Gegensatz dazu wird, wenn ein Hub der Düsennadel geringer als ein vorbestimmter Wert ist, das Steuerventil geöffnet, so dass der Druck in der Steuerkammer abnimmt. Wie dies vorstehend beschrieben ist, ist es möglich, die Düsennadel in einem vorbestimmten Hubbereich mit einer hohen Steuerbarkeit zu halten.
Bei dem sechsten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung führt der Steuerabschnitt eine Halbhubsteuerung aus, bei der die Düsennadel bei einer vorbestimmten Halbhubposition gesteuert wird, wenn eine Zielkraftstoffeinspritzmenge oder eine Zielkraftstoffeinspritzzeitspanne geringer als ein vorbestimmter Wert ist. Wenn ein Hub auf einen kleineren Hub als in dem Falle eines Gesamthubes verringert ist, ist es möglich, den Öffnungsbereich um die Düsennadel herum zu verringern, so dass die Einspritzrate (die Einspritzmenge pro Zeiteinheit) verringert werden kann. Da es möglich ist, die zum Öffnen und Schließen der Düsennadel erforderliche Zeitspanne zu verringern, ist die Halbhubsteuerung der vorliegenden Erfindung effektiv, wenn die Kraftstoffeinspritzmenge gering ist oder die Kraftstoffeinspritzzeitspanne kurz ist. Daher kann die Kraftstoffeinspritzmenge außerordentlich genau gesteuert werden.
Bei dem siebenten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung führt der Steuerabschnitt eine Halbhubsteuerung zum Steuern der Düsennadel bei einer vorbestimmten Halbhubposition aus, wenn eine Kraftstoffeinspritzzeitspanne eines Verbrennungsmotors sich außerordentlich von einem oberen Totpunkt der Verdichtung unterscheidet. Was die zu einem anderen Zeitpunkt als der obere Totpunkt der Verdichtung ausgeführte Einspritzung betrifft, bei der der Druck in einem Zylinder nicht ausreichend hoch ist, so ist es erforderlich, die Einspritzrate so zu verringern, dass eine Verschlechterung der Schmierfähigkeit der Zylinderwand verhindert wird, wenn Kraftstoff an der Zylinderwand anhaftet. Wie bei dem Fall, bei dem eine Piloteinspritzung (Voreinspritzung) vor dem Ausführen einer Haupteinspritzung ausgeführt wird, ist es erforderlich, eine Kraftstoffeinspritzung auszuführen, bei der eine geringfügige Kraftstoffmenge eingespritzt wird. In diesem Fall ist eine Halbhubsteuerung der vorliegenden Erfindung durchführbar und die Steuerbarkeit der Kraftstoffeinspritzung kann außerordentlich verbessert werden.
Bei dem achten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ändert sich die Gesamtöffnungsfläche des Düsenloches in Übereinstimmung mit der Hubposition der Düsennadel. Wenn beispielsweise eine Vielzahl an Einspritzlöchern vorgesehen ist und die Anzahl der zu öffnenden Einspritzlöcher zwischen einem Fall, bei dem die Düsennadel bei einer Gesamthubposition gesetzt ist, und einem Fall, bei dem die Düsennadel bei einer Halbhubposition gesetzt ist, geändert wird, kann die Menge an eingespritztem Kraftstoff mit Leichtigkeit eingestellt werden, indem die Hubposition geändert wird. Daher kann die Steuerbarkeit der Kraftstoffeinspritzeinrichtung weiterverbessert werden.
Bei dem neunten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung steuert der Steuerabschnitt die Düsennadel bei einer vorbestimmten Halbhubposition durch ein wiederholtes Anlegen einer vorbestimmten hohen Spannung und einer niedrigeren Spannung an dem piezoelektrischen Betätigungsglied. Wenn zu diesem Zeitpunkt der Steuerabschnitt abwechselnd eine vorbestimmte hohe Spannung, die zum Öffnen des Steuerventils erforderlich ist, und eine niedrigere Spannung anlegt, die zum Schließen des Steuerventils oder zum im Wesentlichen Schließen des Steuerventils erforderlich ist, wird das Steuerventil wiederholt geöffnet und geschlossen, so dass eine Halbhubsteuerung ausgeführt werden kann.
Bei dem zehnten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung steuert der Steuerabschnitt die Düsennadel bei einer vorbestimmten Halbhubposition durch ein wiederholtes Öffnen und Schließen des Steuerventils, und das Steuerventil wird derart gesteuert, dass es nicht exakt an dem Ventilsitz bei der Ventilschließzeit sitzt. In dem Fall, bei dem das Steuerventil, das sich im offenen Zustand befindet, geschlossen wird, ist selbst dann, wenn das Steuerventil nicht vollständig an dem Ventilsitz sitzt sondern geringfügig von dem Ventilsitz angehoben ist, eine Druckänderung in der Steuerkammer im Wesentlichen die gleiche wie in dem Fall, bei dem das Steuerventil vollständig an dem Ventilsitz sitzt. Wenn des weiteren das Steuerventil geringfügig von dem Ventilsitz angehoben ist, ist die zum geringfügigen Anheben des Steuerventils erforderliche Energie viel geringer als jene, die zum vollständigen Setzen des Steuerventils an den Ventilsitz erforderlich ist. Daher ist es möglich, der Bedarf an Energie außerordentlich zu verringern, die zum Schließen des Steuerventils erforderlich ist, ohne die Einspritzleistung zu verändern.
Bei dem elften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung geschaffen, bei der ein Starten und Anhalten eines Kraftstoffeinspritzens durch eine sich geradlinig bewegende Nadel frei geändert werden kann, die so aufgebaut ist, dass, je größer die Verschiebung von einem Referenzzustand des Anhaltens der Kraftstoffeinspritzung ist, desto mehr die Querschnittsfläche eines Strömungskanals zum Bestimmen der Strömungsrate der Einspritzung erweitert ist, wobei die Kraftstoffeinspritzeinheit folgendes aufweist:
eine Einspritzeinrichtung mit einer piezoelektrischen Antriebseinrichtung, die zu einem Ändern zwischen dem ersten Antriebszustand, bei dem die Nadel in einer Richtung derart gedrückt wird, das die Verschiebung der Nadel null ist, und dem zweiten Antriebszustand in der Lage ist, bei dem die Nadel in einer zu der Antriebsrichtung bei dem ersten Antriebszustand umgekehrten Richtung gedrückt wird, und die Nadel in einer derartigen Richtung gedrückt wird, dass die Verschiebung der Nadel maximal ist; und
eine Steuereinrichtung zum Ändern eines Antriebszustandes der Nadel durch ein Steuern der Antriebseinrichtung,
wobei die Steuereinrichtung zwischen einem Modus einer hohen Einspritzrate, bei dem der Antriebszustand bei dem zweiten Antriebszustand eingestellt ist und die Nadel bei der maximalen Verschiebung verbleibt, und einem Modus einer niedrigen Einspritzrate geschaltet werden kann, bei der der erste und der zweite Antriebszustand abwechselnd derart wiederholt werden, dass der Antriebszustand in den ersten Antriebszustand zurückkehren kann, nachdem der Antriebszustand auf den zweiten den zweiten Antriebszustand eingestellt ist und bevor der Hub der Nadel einen Hub erreicht, bei dem die Querschnittsfläche des Strömungskanals maximal wird.
Bei dem Modus der niedrigen Einspritzrate kehrt der Antriebszustand zu dem ersten Antriebszustand zurück, bevor die Querschnittsfläche des Strömungskanals maximal wird. Daher ist es nur dann, wenn der Antriebszustand der Nadel zwischen zwei Werten umgeschaltet wird, möglich, wahlweise ein Einspritzen bei einer niedrigeren Einspritzrate als die maximale Einspritzrate auszuführen, die durch die maximale Fläche (beispielsweise die Öffnungsfläche des Düsenloches) bestimmt wird, die der maximale Wert der Querschnittsfläche des Strömungskanals ist. Dadurch ist es möglich, ein Umschalten der Einspritzrate zu verwirklichen, ohne dass der Aufbau der Einspritzeinrichtung kompliziert wird.
Bei dem zwölften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß dem elften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung vorgesehen, wobei die Einspritzeinrichtung eine Düse einer ersten Art, die geöffnet wird, wenn die Nadel eine erste Verschiebung überschreitet, und eine Düse einer zweiten Art hat, die geöffnet wird, wenn die Nadel eine zweite Verschiebung überschreitet, die größer als die erste Verschiebung ist.
Wenn die Nadel die erste Verschiebung überschreitet, wird die Düse der ersten Art geöffnet. Danach wird, wenn die Nadel die zweite Verschiebung überschreitet, die Düse der zweiten Art zusätzlich zu der Düse der ersten Art geöffnet. Demgemäß wird bei dem Modus der niedrigen Einspritzrate der Kraftstoff von dem Düsenloch der ersten Art eingespritzt und bei dem Modus der hohen Einspritzrate wird der Kraftstoff von dem Düsenloch der ersten Art und der zweiten Art eingespritzt. Da in diesem Fall selbst dann, wenn die Hubposition der Nadel geringfügig schwankt, die Einspritzrate durch die Öffnungsfläche des Düsenloches begrenzt ist, kann eine erwünschte Einspritzrate genau mit Leichtigkeit bei jedem Modus der Kraftstoffeinspritzrate verwirklicht werden.
Bei dem dreizehnten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist eine Kraftstoffeinspritzeinheit gemäß dem zwölften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung vorgesehen, wobei die Einspritzeinrichtung zwei Arten an Löchern hat, die in einem Düsenkörper ausgebildet sind, in dem eine Nadel gleitfähig gehalten ist und Führungsloch zum Liefern von Kraftstoff ausgebildet ist, wobei ein Ende von jedem Loch zu einer Fläche des Düsenkörpers offen ist und das andere Ende von jedem Loch mit dem Führungsloch in Verbindung steht, wobei jedes Loch durch die Nadel geschlossen werden kann, wobei die beiden Arten an Löchern bei einem Intervall in einer Richtung der Nadelverschiebung ausgebildet sind, wobei das Loch, das geöffnet wird, wenn eine Verschiebung der Nadel die erste Verschiebung überschreitet, das erste Düsenloch ist, und das Loch, das geöffnet wird, wenn eine Verschiebung der Nadel die zweite Verschiebung überschreitet, das zweite Düsenloch ist.
In dieser Weise können zwei Arten an Düsen in einfacher Weise ausgebildet werden.
Bei dem vierzehnten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist eine Kraftstoffeinspritzeinheit gemäß dem elften bis dreizehnten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung geschaffen, wobei der Zeitpunkt des Änderns von dem ersten Antriebszustand in den zweiten Antriebszustand bei dem Modus einer geringen Einspritzrate bei einem Zeitpunkt eingesetzt ist, bevor der Hub der Nadel eine Verschiebung erreicht, bei der die Querschnittsfläche des Strömungskanals zu null wird.
Wenn die Bewegung der Nadel bei einem Zustand eines halben Hubs angehalten wird, ist es möglich, eine Kraftstoffeinspritzeinheit zu verwirklichen, die zu einem Ausführen eines kontinuierlichen Kraftstoffeinspritzens in der gleichen Weise wie die Einheit mit der niedrigen Einspritzrate in der Lage ist.
Die vorliegende Erfindung ist aus der nachstehend dargelegten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele zusammen mit den beigefügten Zeichnungen besser verständlich.
1 zeigt eine Querschnittsansicht des Gesamtaufbaus einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt eine ausschnittartige Querschnittsansicht einer Kraftstoffeinspritzeinheit von einem anderen Beispiel des Profils eines Düsenlochs.
3 zeigt ein Zeitablaufdiagramm zur Erläuterung des Betriebs der Kraftstoffeinspritzeinheit gemäß der vorliegenden Erfindung.
4 zeigt eine graphische Darstellung einer Beziehung zwischen einer erzeugten Kraft und der Verschiebung bei der Öffnungs-Schließsteuerung eines Drei-Wege-Ventils.
5 zeigt eine ausschnittartige Querschnittsseitenansicht von einer Einspritzeinrichtung, die ein Teil der Kraftstoffeinspritzeinheit der vorliegenden Erfindung ist.
6 zeigt eine vergrößerte Ansicht eines Hauptabschnittes von 5.
7 zeigt eine Ansicht eines Aufbaus einer Kraftstoffeinspritzeinheit.
8 zeigt ein Zeitablaufdiagramm des Betriebs der Kraftstoffeinspritzeinheit.
Unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel erläutert, bei dem die vorliegende Erfindung angewendet ist. 1 zeigt einen Gesamtaufbau eines Kraftstoffeinspritzventils, das einen Hauptabschnitt einer Kraftstoffeinspritzeinheit der vorliegenden Erfindung hat. Beispielsweise wird dieses Kraftstoffeinspritzventil vorzugsweise bei einem Einspritzsystem der Common Rail-Art eines Dieselmotors angewendet. In dem oberen Endabschnitt des Kraftstoffeinspritzventils ist ein piezoelektrischer Antriebsabschnitt 1 vorgesehen. An dem unteren Endabschnitt des Kraftstoffeinspritzventils ist ein Einspritzdüsenabschnitt 10 vorgesehen. Zwischen dem piezoelektrischem Antriebsabschnitt 1 und dem Einspritzdüsenabschnitt 10 sind ein Drei-Weg-Ventil 5, das ein durch den piezoelektrischen Antriebsabschnitt 1 angetriebenes Steuerventil ist, und eine Steuerkammer 4 vorgesehen, deren Druck erhöht und verringert wird, wenn das Drei-Wege-Ventil 5 angetrieben wird. Die an dem Einspritzdüsenabschnitt 10 vorgesehene Düsennadel 12 wird nach oben und nach unten bewegt, so dass das Düsenloch 11 an einem Ende des Düsenkörpers B1 so geöffnet und geschlossen wird, dass das Kraftstoffeinspritzen gestartet oder angehalten wird. Wenn die Düsennadel 12 sich an der oberen Endposition befindet, ist das Düsenloch 11 vollständig geöffnet und der Kraftstoff wird zu dem Düsenloch 11 von dem Kraftstoffreserveraum 31 geliefert, die mit dem Hochdruckkanal 3 über einen Zwischenraum verbunden ist, der um die Düsennadel 12 herum ausgebildet ist. Andererseits ist, wenn die Düsennadel 12 sich an einer unteren Endposition befindet, das Düsenloch 11 vollständig geschlossen, so dass eine Verbindung des Düsenloches 11 mit dem Kraftstoffreserveraum 31 geschlossen ist und die Kraftstofflieferung angehalten ist. Die untere Endposition der Düsennadel 12 wird durch den Düsensitz 13 bestimmt, an dem die Düsennadel 12 sitzt, und die obere Endposition wird durch die Blendenplatte P1 bestimmt, die an einen oberen Abschnitt des Düsenkörpers B1 angeordnet ist.
Für den Einspritzdüsenabschnitt 10 wird, wie dies in 1 gezeigt ist, die Einspritzdüse der allgemeinen Art verwendet und des Weiteren kann der in 2 gezeigte Einspritzdüsenabschnitt 10 der variablen Einspritzlochart verwendet werden. Bei dem in 2 gezeigten Einspritzdüsenabschnitt 10 ist eine Vielzahl an Düsenlöchern 11a, 11b vorgesehen, die an einem Endabschnitt des Düsenkörpers B1 parallel zueinander angeordnet sind, wobei die Höhe der Düsenlöcher 11a und diejenige der Düsenlöcher 11b in der axialen Richtung voneinander unterschiedlich ist. Die Düsennadel 12 ist hohl und der Hohlraum innerhalb der Düsennadel 12 ist zu einem Hochdruckkanal 34 ausgebildet, der mit dem Kraftstoffreserveraum 31 in Verbindung steht. Daher wird, wenn die Düsennadel 12 angehoben wird, Kraftstoff zu den Düsenlöchern 11a und 11b über den Hochdruckkanal 34 geliefert. Aufgrund des vorstehend erläuterten Aufbaus kann die Anzahl der zu öffnenden Düsenlöcher das heißt die Gesamtöffnungsfläche der zu öffnenden Düsenlöcher in Übereinstimmung mit der Hubposition der Düsennadel 12 verändert werden. Daher kann die Halbhubsteuerung wirkungsvoll ausgeführt werden, die kennzeichnend für die vorliegende Erfindung ist. Diese Halbhubsteuerung ist nachstehend detailliert erläutert.
Der Düsenkörper B1 ist an einem unteren Ende des Gehäuses H des piezoelektrischen Antriebsabschnittes 1 über die Blendenplatten P1 und P2 angeordnet und öldicht an dem zylindrischen Düsenhalter B2 fixiert. Der Hochdruckkanal 3 erstreckt sich von dem Kraftstoffreserveraum 31 nach oben und steht mit einer (nicht gezeigten) externen Common Rail über die Blendenplatten P1 und P2 und dem Inneren des Gehäuses H in Verbindung. In dem Gehäuse H ist ein Ablaufkanal 2 für ein Zurückkehren des Kraftstoffes vorgesehen, wobei der Ablaufkanal 2 mit einem (nicht gezeigten) externen Kraftstoffbehälter in Verbindung steht. Zwischen dem oberen Endabschnitt der Düsennadel 12 und der Blendenplatte P1 ist die Steuerkammer 4 ausgebildet. Die Düsennadel 12 wird stets in der Schließrichtung (nach unten) durch eine Federkraft der Feder 41, die in der Steuerkammer 4 angeordnet ist, und auch durch den hydraulischen Druck in der Steuerkammer 4 gedrückt.
Der hydraulische Druck in der Steuerkammer 4 wird durch das Drei-Wege-Ventil 5 gesteuert, das als ein Steuerventil wirkt. Das Drei-Wege-Ventil 5 besteht aus einer im Wesentlichen konischen Ventilkammer 51, die an einem unteren Ende des Gehäuses H ausgebildet ist, und einem im Wesentlichen kugelartigem Ventilkörper 52. Die Ventilkammer 51 ist stets mit der Steuerkammer 4 über einen Kanal, der die Blendenplatten P1 und P2 durchdringt, und über die Hauptblende 42 verbunden, die an dem unteren Ende der Blendenplatten angeordnet ist. Die Ventilkammer 51 ist mit zwei Öffnungen versehen, wobei die eine Ablauföffnung 21 und die andere eine Hochdrucköffnung 32 ist. Wenn der Ventilkörper 52 in der Ventilkammer 51 nach oben oder nach unten bewegt wird und einer der beiden Öffnungen geschlossen ist, ist die andere Öffnung geöffnet und steht mit der Steuerkammer 4 in Verbindung. Die Ablauföffnung 21 steht mit dem Ablaufkanal 2 über die Überlaufkammer 22 in Verbindung, die an einem oberen Abschnitt der Ventilkammer 51 angeordnet ist. Die Hochdrucköffnung 32 durchdringt senkrecht die Blendenplatte P2 und steht mit dem Hochdruckkanal 3 über die Nut 33 in Verbindung, die an einer unteren Endseite der Blendenplatte P2 in der radialen Richtung vorgesehen ist.
Aufgrund des vorstehend beschriebenen Aufbaus nimmt, wenn die Ventilkammer 51 mit der Ablauföffnung 21 in Verbindung steht, der Druck in der Steuerkammer 4 ab und die Düsennadel 12 wird von dem Düsensitz 13 getrennt und angehoben. Andererseits nimmt, wenn die Ventilkammer 51 mit der Hochdrucköffnung 32 in Verbindung steht, der Druck in der Steuerkammer 4 zu, und die Düsennadel 12 wird gesenkt und auf den Düsensitz 13 gesetzt. In diesem Fall steht die Steuerkammer 4 stets mit dem Hochdruckkanal 3 durch die Nebenblende 43 in Verbindung, die an der Blendenplatte P1 angeordnet ist, die mit einem unteren Ende der Hochdrucköffnung 32 in Verbindung steht, ohne durch das Drei-Wege-Ventil 5 zu treten. Diese Nebenblende 43 wirkt wie folgt. Wenn Kraftstoff zu einem Strömen von dem Hochdruckkanal 3 in die Steuerkammer 4 über die Nebenblende 43 gebracht wird, wird eine Druckabnahme in der Steuerkammer 4 erleichtert, wenn das Kraftstoffeinspritzen beginnt, so dass die Düsennadel 7 allmählich geöffnet werden kann. Wenn das Kraftstoffeinspritzen angehalten wird, wird der Druckanstieg erleichtert, so dass die Düsennadel 7 schnell geschlossen werden kann.
In diesem Zusammenhang bildet ein Öffnungsabschnitt der Ablauföffnung 21 zu der Ventilkammer 51 einen Ablaufsitz 53, der ein konischer Ventilsitz ist, und ein Öffnungsabschnitt der Hochdrucköffnung 32 zu der Ventilkammer 51 bildet einen flachen Hochdrucksitz 54. Einer von ihnen ist flach gestaltet, weil eine Abweichung der Achse des Ventilkörpers 52 ermöglicht ist. Wenn der Ventilkörper 52 an entweder dem Sitz 53 oder 54 sitzt, ist die entsprechende Öffnung geschlossen. Jedoch ist der Druck in der Ventilkammer 51 stets höher als der Druck in der Ablauföffnung 21. Daher wird der Ventilkörper 52 üblicherweise auf den Ablaufsitz 53 gesetzt. Die für das Setzen des Ventilkörpers 52 auf den Hochdrucksitz 54 erforderliche Kraft wird durch den Kolben 18 mit dem kleinen Durchmesser des piezoelektrischen Antriebsabschnittes 1 ausgeübt. Nachstehend ist der piezoelektrische Antriebsabschnitt 1 detailliert erläutert.
Der piezoelektrische Antriebsabschnitt 1 weist folgendes auf:
Ein piezoelektrisches Betätigungsglied 14, das in einem oberen Endabschnitt des Gehäuses H untergebracht ist; und einen piezoelektrischen Kolben, der mit einem unteren Ende des piezoelektrischen Betätigungsgliedes 14 derart in Kontakt gelangt, dass der piezoelektrische Kolben 15 einstückig mit dem piezoelektrischen Betätigungsglied 14 verschoben wird. Eine Verschiebung des piezoelektrischen Betätigungsgliedes 14 wird zu dem Kolben 18 mit dem kleinen Durchmesser über den Kolben 17 mit dem großen Durchmesser und die Verschiebungserweiterungskammer 6 übertragen. Das piezoelektrische Betätigungsglied 14 ist in einer aus dem Stand der Technik bekannter Art und Weise zusammengesetzt. Das piezoelektrische Betätigungsglied 14 besteht aus piezoelektrischen Körpern, die aufeinander geschichtet sind, und das piezoelektrische Betätigungsfeld 14 wird durch das Anlegen einer elektrischen Ladung verlängert und durch das Abgeben einer elektrischen Ladung kontrahiert. Das piezoelektrische Betätigungsglied 14 wird gemäß einer angelegten Spannung so verlängert und kontrahiert, dass der piezoelektrische Kolben 15 angetrieben wird. Das Anlegen der Spannung an dem piezoelektrischen Betätigungsglied 14 wird durch eine ECU 9 gesteuert, die eine Steuereinrichtung ist. Der piezoelektrische Kolben 15 ist in dem piezoelektrischen Zylinder H1 gleitfähig angeordnet und mit dem Kolben 17 mit dem großen Durchmesser durch die Stange 16 mit dem kleinen Durchmesser verbunden. Der Kolben 17 mit dem großen Durchmesser und der Kolben 18 mit dem kleinen Durchmesser sind jeweils gleitfähig in dem Zylinder H3 mit dem großen Durchmesser und dem Zylinder H4 mit dem kleinen Durchmesser angeordnet, die in dem Zylinderbildungselement H2 koaxial ausgebildet sind. Die Stange 16 erstreckt sich von einer oberen Fläche des Kolben 17 mit dem großen Durchmesser nach oben und ist an einer unteren Fläche des piezoelektrischen Kolbens 15 durch ein Einfügen fixiert.
Der in einem unteren Abschnitt des piezoelektrischen Kolbens 14 um die Stange 16 herum definierte Raum ist ein Kraftstoffreserveraum 7, der mit dem Ablaufkanal 2 in Verbindung steht. In diesem Raum ist die Feder 71 so untergebracht, dass der piezoelektrische Kolben 15 nach oben gedrückt wird. Gleichzeitig wird der einstückig mit dem piezoelektrischen Kolben 15 verbundene Kolben 17 mit dem großen Durchmesser durch die Feder 71 nach oben gedrückt. Aufgrund des vorstehend beschriebenen Aufbaus werden der piezoelektrische Kolben 15 und der Kolben 17 mit dem großen Durchmesser einstückig entsprechend der Verlängerung und der Kontraktion des piezoelektrischem Betätigungsgliedes 14 nach oben und nach unten bewegt. An dem Außenumfang des piezoelektrischen Kolbens 15 ist ein O-Ring 73 vorgesehen, durch den verhindert werden kann, dass das piezoelektrische Betätigungsglied 14 mit dem in der Reserveraumkammer 62 befindlichen Hydrauliköl verschmutzt wird. Ein Kanal zum Verbinden der Reserveraumkammer 7 mit dem Ablaufkanal 2 ist in einer derartigen Weise ausgebildet, dass ein Durchgangsloch in der Reservenraumkammer 7 in der radialen Richtung von der Seitenwand des Gehäuses H ausgebildet ist, wobei das Durchgangsloch durch die Rohabdeckung 74 geschlossen ist.
Das Zylinderbildungselement H2 hat einen Abschnitt mit einem geringeren Durchmesser an einem oberen Abschnitt des Kolbens 18 mit dem kleinen Durchmesser. Daher ist an dem Zylinderbildungselement H ein Absatz 61 ausgebildet, der eine nach oben gerichtete Bewegung des Kolbens 18 mit dem kleinen Durchmesser begrenzt. Der große Zylinder und der kleine Zylinder H3 und H4 stehen miteinander durch diesen Abschnitt mit verringertem Durchmesser in Verbindung. Daher ist eine Verschiebungserweiterungskammer 6 durch die Hydraulikkammer, die zwischen dem Abschnitt mit dem verringerten Durchmesser und dem Kolben 18 mit dem kleinen Durchmesser ausgebildet ist, und die Hydraulikkammer ausgebildet, die zwischen dem Abschnitt mit dem verringerten Durchmesser und dem Kolben 17 mit dem großen Durchmesser ausgebildet ist. Die Verschiebungserweiterungskammer 6 wandelt eine Verschiebung des piezoelektrischen Betätigungsgliedes 14 hydraulisch um. Daher wird die Verschiebung des piezoelektrischen Betätigungsgliedes 14 in Übereinstimmung mit einer Differenz zwischen dem Durchmesser des großen Kolbens 17 und dem Durchmesser des kleinen Kolbens 18 verstärkt. Beispielsweise wird die Verschiebung des piezoelektrischen Betätigungsgliedes 14 um das zweifache oder dreifache der Verschiebung des Kolbens 17 mit dem großen Durchmesser verstärkt und zu dem Kolben 18 mit dem kleinen Durchmesser übertragen. Ein unterer Endabschnitt des Kolbens 18 mit dem kleinen Durchmesser befindet sich in der Überlaufkammer 22, die an einem unteren Abschnitt des Zylinderbildungselementes H2 ausgebildet ist. Ein Endabschnitt des Kolbens 18 mit dem kleinen Durchmesser gelangt mit dem Ventilkörper 52 in Kontakt, der in die Ablauföffnung 21 eingeführt ist.
In dem Kolben 17 mit dem großen Durchmesser ist ein Kanal 72 vorgesehen, der in der axialen Richtung des Kolbens 17 mit dem großen Durchmesser ausgebildet ist. Ein oberes Ende des Kanals 72 erstreckt sich zu dem Grundendabschnitt der Stange 16 und zweigt zu einer T-Form ab und ist zu der Reserveraumkammer 7 hin offen. Ein unteres Ende des Kanals 72 ist zu der unteren Endseite des Kolbens 17 mit dem großen Durchmesser hin offen und steht mit der Verschiebungserweiterungskammer 6 über das Rückschlagventil 8 in Verbindung, das an dem unteren Ende des Kolbens 17 mit dem großen Durchmesser angebracht ist. Das Rückschlagventil 8 ist vorgesehen, damit der Kraftstoff von der Reservenraumkammer 7 in die Verschiebungserweiterungskammer 6 geliefert wird, wenn der Kraftstoff in der Verschiebungserweiterungskammer 6 aufgrund einer Leckage abnimmt. Das Rückschlagventil 8 besteht aus einem ebenen Ventil 81 zum Schließen der unteren Endöffnung des Kanals 72 und einer Scheibenfeder 82 zum Drücken des ebenen Ventils 81 nach oben. Das ebene Ventil 81 besteht aus einem scheibenförmigen Blatt, dessen Dicke 0,1 bis 0,2 mm beträgt. An der Mitte des ebenen Ventils 81 ist ein Nadelloch 84 ausgebildet, dessen Durchmesser 0,002 bis 0,5 mm beträgt.
Das Profil der Scheibenfeder 82 ist ein sehr dünner Ring, dessen Dicke 0,01 bis 0,05 mm beträgt. Daher ist die Intensität der Drückkraft der Scheibenfeder 82 gering das heißt die Drückkraft der Scheibenfeder 82 ist bei 0,5 bis 2 N eingestellt. Das Profil des Halters 83 zum Unterbringen und Halten des ebenen Ventils 81 und der Scheibenfeder 82 ist ein Zylinder mit einem Boden, und der Halter 83 ist an einem Außenumfang des unteren Endabschnittes, des Kolben 17 mit dem großen Durchmesser fixiert. Wenn der Druck in der Verschiebungserweiterungskammer 6 durch eine Leckage des Kraftstoffes abnimmt, wird das ebene Ventil 81 abgesenkt, während das Ventil 81 der Druckkraft der Scheibenfeder widersteht, so dass der Kraftstoff in die Verschiebungserweiterungskammer 6 von dem Kanal 72 strömt. Der Halter 83 hat ein Durchgangsloch 85, dessen Fläche wesentlich größer als jene des Nadelloches 84 ist, und der Kraftstoff kann frei zwischen dem Raum in dem Halter 83 und der Verschiebungserweiterungskammer 6 zirkulieren. Daher kann der Kraftstoff schnell in die Verschiebungserweiterungskammer 6 geliefert werden.
Das Nadelloch 84 des ebenen Ventils 81 lässt den Kraftstoff von der Verschiebungserweiterungskammer in die Reserveraumkammer zurückkehren. Beispielsweise ist es, selbst wenn eine elektrische Ladung nicht von dem piezoelektrischen Betätigungsglied 14 aufgrund einer Anomalität bei dem Prozess der Kraftstoffeinspritzung abgegeben werden kann, möglich, dass der Kraftstoff über das Nadelloch 84 zurückkehrt. Daher wird das Kraftstoffeinspritzen angehalten, wenn der Druck in der Verschiebungserweiterungskammer 6 abnimmt. Des Weiteren hat das Nadelloch 84 die nachstehend erörterten Vorteile. Wenn der Kraftstoff in die Verschiebungserweiterungskammer 6 geliefert wird, nachdem die Kraftstoffeinspritzeinheit zusammengebaut worden ist, ist das Saugen durch den Unterdruck zum Liefern des Kraftstoffes einfach gestaltet. Daher kann der Kraftstoff schnell geliefert werden und keine Probleme treten aufgrund dessen auf, dass keine Luft in der Einheit belassen ist. In dem Fall, bei dem der Motor einer langen Zeitspanne lang angehalten wurde, besteht die Möglichkeit, dass der Kolben 18 mit dem kleinen Durchmesser aufgrund seines eigenen Gewichtes absinkt und der Kraftstoff in die Verschiebungserweiterungskammer 6 erneut über das Rückschlagventil 8 geliefert wird. Jedoch ist es möglich, dass der Kraftstoff von dem Nadelloch 84 in den Ablaufkanal 2 abgegeben wird. Daher sind der Kolben 18 mit dem kleinen Durchmesser und der Ventilkörper 52 für eine nach oben gerichtete Bewegung bereit, so dass die Kraftstoffeinspritzeinheit zum Starten des Motors bereit ist. Die Größe des Nadelloches 84 wird so bestimmt, dass die vorstehend beschriebenen Vorgänge ausgeführt werden können, ohne dass die Kraftstoffeigenschaften der Kraftstoffeinspritzeinheit durch die Größe des Nadelloches 84 beeinflusst werden.
Nachstehend ist unter Bezugnahme auf das in 3 gezeigte Ablaufdiagramm ein Verfahren zum Steuern des vorstehend beschriebenen Kraftstoffeinspritzventils durch die ECU 9 erläutert. Die Punktlinien in 3 zeigen das Verhalten der Abschnitte in dem Fall einer normalen Steuerung, bei der die Düsennadel 12 vollständig angehoben ist. Bei der Gesamthubsteuerung wird der Vorgang wie folgt ausgeführt. Zunächst wird, wenn das Kraftstoffeinspritzen gestartet wird (Zeitpunkt t1) eine vorbestimmte hohe Spannung (beispielsweise 100 Volt) an dem piezoelektrischen Betätigungsglied 14 in Übereinstimmung mit einem von der ECU 9 gesendeten Einspritzsignal angelegt. Das piezoelektrische Betätigungsglied 14 erzeugt eine Verschiebung, die der angelegten Spannung (a) proportional ist. Daher werden der piezoelektrische Kolben 15 und der Kolben 17 mit dem großen Durchmesser um die gleiche Verschiebung nach unten bewegt, so dass der hydraulische Druck in der Verschiebungserweiterungskammer 6 zunimmt.
Durch eine Zunahme des hydraulischen Druckes in der Verschiebungserweiterungskammer 6 wird der Kolben 18 mit dem kleinen Durchmesser abgesenkt, und der Ventilkörper 52 wird von dem Ablaufblatt 53 nach unten gedrückt. Der Hub (b) des Ventilkörpers 52 wird zusammen mit der Zunahme der angelegten Spannung (a) erhöht. In diesem Fall ist eine Bewegung zu dem unter Abschnitt in 1 als positiv definiert. Danach wird der Ventilkörper 52 auf den Hochdrucksitz 54 gesetzt. Zu diesem Zeitpunkt wird der Hub (b) des Ventilkörpers 52 in Bezug auf die Verschiebung des piezoelektrischen Betätigungsgliedes 14 um das Verhältnis der Fläche (beispielsweise 2 Mal) des Kolbens 17 mit dem großen Durchmesser zu dem Kolben 18 mit dem kleinen Durchmesser vergrößert.
Gemäß dem Hub (b) des Ventilkörpers 52 stehen die Ventilkammer 51 und die Ablauföffnung 21 miteinander in Verbindung, und dann wird die Verbindung mit der Hochdrucköffnung 32 aufgehoben. Daher nimmt der Druck in der Ventilkammer 51 ab und der hydraulische Druck (c) der Steuerkammer 4 nimmt ab, die mit der Ventilkammer 51 in Verbindung steht. Wenn der hydraulische Druck (c) in der Steuerkammer 4 abgenommen hat und der hydraulische Druck in dem Kraftstoffreserveraum 31, der an der Düsennadel 12 so wirkt, das sie nach oben bewegt werden kann, die hydraulische Kraft der Steuerkammer 4 und die Federkraft der Feder 41 überwindet, wird der Hub (d) der Düsennadel 12 von dem Düsensitz 13 gestartet und wird das Kraftstoffeinspritzen aus dem Düsenloche gestartet (Zeitpunkt t2). Selbst nachdem der Zeitpunkt t2 verstrichen ist, nimmt der hydraulische Druck (c) in der Steuerkammer 4 ab und der Hub (b) der Düsennadel 12 wird zu der Vollhubposition angehoben. Dieser Zustand wird bis zu einem vorbestimmten Einspritzanhaltezeitpunkt aufrecht gehalten.
In dem Fall des Anhaltens der Kraftstoffeinspritzung wird die angelegte Spannung (a) auf null verringert, indem die elektrische Ladung des piezoelektrischen Betätigungsgliedes 14 entladen wird (Zeitpunkt t4). Während dieser Zeit zieht sich das piezoelektrische Betätigungsglied 14 um eine Verschiebung zusammen, die zum Zeitpunkt des Anlegens der Spannung auftritt, und kehrt zu seiner ursprünglichen Länge zurück, und der piezoelektrische Kolben 15 wird angehoben, indem er durch die Feder 71 gedrückt wird. Der Kolben 17 mit dem großen Durchmesser, der mit dem piezoelektrischen Kolben 15 durch die Stange 16 verbunden ist, wird zusammen mit dem piezoelektrischen Kolben 15 angehoben, so dass der hydraulische Druck in der Verschiebungserweiterungskammer 6 verringert wird. Wenn der hydraulische Druck in der Verschiebungserweiterungskammer 6 abnimmt, wird die Kraft des Kolbens 18 mit dem kleinen Durchmesser, durch die der Ventilkörper 52 gegen den Hochdrucksitz 54 gedrückt wird, der dem Druck der Hochdrucköffnung 32 Widerstand entgegen bringt, abgeleitet. Daher wird der Kolben 18 mit dem kleinen Durchmesser zusammen mit dem Ventilkörper 52 angehoben.
Wenn der Ventilkörper 52 auf den Ablaufsitz 53 erneut gesetzt wird und seine Hubposition (b) zu dem ursprünglichen Zustand zurück kehrt, steht die Ventilkammer 51 mit der Hochdrucköffnung 32 in Verbindung und die Verbindung mit der Ablauföffnung 21 wird getrennt. Daher wird der hydraulische Druck (c) in der Ventilkammer 51 und in der Steuerkammer 4 wiederhergestellt. Wenn der hydraulische Druck (b) in der Steuerkammer 4 erhöht wird und die nach unten auf die Düsennadel 12 wirkende Kraft die hydraulische Kraft in dem Kraftstoffreserveraum 31 überwindet, wird die Düsennadel von der Vollhubposition abgesenkt und erneut auf den Düsensitz 13 gesetzt und das Kraftstoffeinspritzen wird angehalten (Zeitpunkt t6).
Bei der vorstehenden beschriebenen Vollhubsteuerung steuert die ECU 9 die Spannungsanlegestartzeit und die Startzeit der Entladung der elektrischen Ladung des piezoelektrischen Betätigungsgliedes 14 in Übereinstimmung mit einer Zielmenge der Kraftstoffeinspritzung. Im Allgemeinen wird die Kraftstoffeinspritzmenge proportional zu der Ventilöffnungszeitspanne (Kraftstoffeinspritzzeit) der Düsennadel 12 erhöht. Da jedoch eine vorbestimmte Zeitspanne erforderlich ist, damit die Düsennadel 12 vollständig angehoben wird und außerdem die Düsennadel 12 von der Vollhubposition auf den Düsensitz 13 gesetzt wird, ist es daher in dem Fall, bei dem Zielmenge der Kraftstoffeinspritzung gering ist, erforderlich, das die Düsennadel 12 mit dem Absenken beginnt. Aus dem vorstehend dargelegten Grund kann eine Schwankung zwischen den Kraftstoffeinspritzschüssen auftreten, was ein genaues Steuern der Kraftstoffeinspritzmenge schwierig gestaltet.
Daher wird der Vorgang bei der vorliegenden Erfindung wie folgt ausgeführt. Die Hubposition der Düsennadel 12 zum Zeitpunkt des Ventilöffnens wird bei einer beliebigen Position gesteuert, wobei ihr Hub geringer als der Vollhub ist und beispielsweise die Hubposition der Düsennadel 12 zum Zeitpunkt des Ventilöffnens bei einer vorbestimmten Halbhubposition gesteuert wird. Eine durchgehende Linie in 3 zeigt ein Beispiel (Halbhubsteuerung (1)) einer Halbhubsteuerung. Das Kraftstoffeinspritzen wird in der gleichen Weise wie bei der vorstehend beschriebenen Vollhubsteuerung gestartet und eine vorbestimmte hohe Spannung, die die gleiche wie eine angeforderte Spannung zum Zeitpunkt des Vollhubs ist, wird an dem piezoelektrischen Betätigungsglied 14 durch die ECU 9 angelegt (Zeitpunkt t1). Aufgrund dessen erzeugt das piezoelektrische Betätigungsglied 14 eine der angelegten Spannung (a) entsprechende Verschiebung und treibt den Ventilkörper 52 über den piezoelektrischen Kolben 15, den Kolben 17 mit den großen Durchmesser, die Verschiebungserweiterungskammer 6 und den Kolben 18 mit dem kleinen Durchmesser an. Wenn der hydraulische Druck (c) in der Steuerkammer 4 auf einen vorbestimmten Druck in Übereinstimmung mit dem Hub (b) des Ventilkörpers 52 verringert ist, wird der Hub (b) der Düsennadel 12 gestartet (Zeitpunkt t2).
Zum Zeitpunkt der Vollhubsteuerung wird die angelegte Spannung (a) sogar nach dem Zeitpunkt t2 bis zu dem Zeitpunkt t4 konstant gehalten. Jedoch wird in diesem Fall zum Ausführen der Halbhubsteuerung an dem piezoelektrischen Betätigungsglied 14 eine hohe Spannung in einer derartigen Weise angelegt, dass eine vorbestimmte hohe positive Spannung (beispielsweise 100 Volt) und ein elektrisches Potential von null abwechselnd geliefert werden. Genauer gesagt wird unmittelbar nach dem Zeitpunkt t2, bei dem die Düsennadel 12 mit dem Anheben beginnt, die elektrische Ladung des piezoelektrischen Betätigungsgliedes 14 abgegeben, so dass die angelegte Spannung (a) null ist (Zeitpunkt t3). Da die angelegte Spannung (a) bei einer vorbestimmten hohen Spannung zum Zeitpunkt der Vollhubsteuerung gehalten wird, wird der hydraulische Druck (c) in der Steuerkammer 4, die mit der Ablauföffnung 21 in Verbindung steht, verringert, bis die Düsennadel 12 vollständig angehoben ist. Jedoch wird, wenn die angelegte Spannung (a) bei der Halbhubsteuerung zu null wird, der Ventilkörper 12 erneut auf den Ablaufsitz 53 gesetzt, und der hydraulische Drucks (c) in der Steuerkammer 4 wird erneut angehoben, ohne das er den minimalen Druck (gepunktete Linie) zum Zeitpunkt des Vollhubs erreicht. Danach dauert das Anheben der Düsennadel 12 eine Zeitlang an. Jedoch ist die Anhebgeschwindigkeit gering und die Düsennadel 12 beginnt mit dem Absenken erneut, ohne dass der volle Hub erreicht wird.
Dann treten, wenn das Anlegen einer vorbestimmten hohen Spannung und das Abgeben der elektrischen Ladung wiederholt ausgeführt werden, ein Zustand, bei dem der Hub (b) das Ventilkörpers 52 auf den Ventilsitz 53 gesetzt ist, und ein Zustand abwechseln auf, bei dem der Hub (b) des Ventilkörpers 52 auf den Hochdrucksitz 54 gesetzt ist. Entsprechend wird der hydraulische Druck (c) in der Steuerkammer 4 erhöht und verringert und die Düsennadel 12 schwankt in einem konstanten Bereich, der die Halbhubposition umfasst. In diesem Fall wird das Anlegen der hohen Spannung 4 Mal ((2) bis (5)) wiederholt bei konstanten Intervallen von dem Zeitpunkt t2 bis zu dem Zeitpunkt t4 ausgeführt. Wenn das elektrische Potential nach (5) zu null wird, senkt sich die Düsennadel 12 zu einer Position, an der die Düsennadel 12 an dem Düsensitz 13 sitzt, und die Kraftstoffeinspritzung ist vollendet (Zeitpunkt t5). Zu diesem Zeitpunkt senkt sich die Düsennadel 12 von der Halbhubposition. Daher tritt der Kraftstoffeinspritzvollendungszeitpunkt t5 früher als der Kraftstoffeinspritzvollendungszeitpunkt t6 zum Zeitpunkt des Vollhubs auf.
In dem Fall der Halbhubsteuerung ist gemäß 2 die Zeitspanne des Anlegens der hohen Spannung beim ersten Mal (1) an dem piezoelektrischen Betätigungsglied 14 länger als bei dem zweiten Mal (2) und als jene (3) bis (5) gestaltet. Der Grund dafür liegt darin, dass wenn die Düsennadel 12 angehoben wird, es aufgrund des Ausgebens eines Druckgleichgewichts erforderlich ist, den Druck in der Steuerkammer 4 in dem Fall wesentlich zu verringern, bei dem die Düsennadel 12 an dem Düsensitz 13 sitzt, als in dem Fall, bei dem die Düsennadel 12 bereits vom dem Düsensitz 13 angehoben worden ist. Zu dem Zeitpunkt (2) bis zu dem Zeitpunkt (5) kann die Zeitspanne des Anlegens einer hohen Spannung und der Intervall jedes mal so eingestellt werden, dass der hydraulische Druck (c) in der Steuerkammer 4 in einem Bereich wesentlich geändert werden kann, der dem unterem Grenzwert und dem oberen Grenzwert der Düsennadel 12 entspricht, die zuvor eingestellt worden sind.
Um die Düsennadel 12 bei einer vorbestimmten Halbhubposition zu halten, ist es möglich, eine Einrichtung vorzusehen, die den Hub der Düsennadel 12 direkt oder indirekt erfasst, und gemäß dem Ergebnis der Erfassung kann das Drei-Wege-Ventil 5 so gesteuert werden, das es öffnet und schließt, so dass der Hub der Düsennadel 12 in einem vorbestimmten Bereich sein kann. Beispielsweise ist ein bekannter Spaltsensor der kapazitiven Art oder der Wirbelstromart nahe der Düsennadel 12 so angeordnet, dass der Hub der Düsennadel 12 direkt erfasst wird. Alternativ ist ein bekannter Drucksensor zum Erfassen des Drucks in der Steuerkammer 4 so angeordnet, dass er den Hub der Düsennadel 12 mittels des Drucks in der Steuerkammer 4 indirekt erfasst. Dann wird die angelegte Spannung (a) so gesteuert, dass die Hubposition der Düsennadel 12 in einem konstanten Bereich sein kann, das heißt die angelegte Spannung (a) wird so gesteuert, dass der Hub der Düsennadel 12 nicht niedriger als der untere Grenzwert oder nicht höher als der obere Grenzwert ist.
In dieser Weise ist es möglich, die Düsennadel 12 bei einer vorbestimmten Halbhubposition mit einer hohen Steuerbarkeit zu halten. Bei der Halbhubsteuerung ist die Öffnungsfläche um die Düsennadel 12 herum kleiner als zum Zeitpunkt des Vollhubs und die Einspritzrate (Kraftstoffeinspritzlänge pro Zeiteinheit) ist geringer als bei der Halbhubsteuerung und des Weiteren ist die zum Öffnen und Schließen erforderliche Zeitspanne kürzer bei der Halbhubsteuerung. Daher ist es möglich, ein Einspritzen einer geringen Kraftstoffmenge stabil auszuführen. Wenn eine Zielmenge der Kraftstoffeinspritzung oder eine Zielzeit der Kraftstoffeinspritzung geringer als ein vorbestimmter Wert ist, ist es somit möglich, die Kraftstoffeinspritzmenge mit einer hohen Genauigkeit zu steuern, indem diese Halbhubsteuerung ausgeführt wird. Insbesondere wenn der in 2 gezeigte Einspritzdüsenabschnitt 10, dessen Anzahl an Löchern geändert werden kann, verwendet wird und lediglich die Düsenlöcher 11a an der unter Seite zum Zeitpunkt des Halbhubs geöffnet sind, so dass die Gesamtöffnungsfläche der Düsenlöcher zum Zeitpunkt des Halbhubs geringer als zum Zeitpunkt des Vollhubs ist, kann die erwünschte Kraftstoffeinspritzmenge mit Leichtigkeit in einer sicheren Art und Weise verwirklicht werden. Beispielsweise ist es zum Verringern des von einem Dieselmotor erzeugten Geräusches von Vorteil, ein Pilotkraftstoffeinspritzen auszuführen, bei dem eine geringfügige Kraftstoffmenge eingespritzt wird, bevor ein Hauptkraftstoffeinspritzen ausgeführt wird. Jedoch ist es schwierig, die geringfügige Kraftstoffmenge genau einzustellen. Wenn des weiteren die Kraftstoffeinspritzzeit sich von dem oberen Totpunkt der Kompression außerordentlich unterscheidet, haftet bei hoher Einspritzrate eingespritzter Kraftstoff an einer Zylinderwand an und das Schmiermittel in dem Motor wird durch den somit eingespritzten Kraftstoff verdünnt. In diesem Fall ist eine Halbhubsteuerung der vorliegenden Erfindung anwendbar. Wenn die Kraftstoffeinspritzsteuerung stabil ausgeführt wird, kann die Verbrennungsleistung eines Verbrennungsmotors außerordentlich verbessert werden. Des Weiteren kann, wenn das Einspritzverhältnis verringert wird, verhindert werden, das der Kraftstoff an der Zylinderwand anhaftet.
Eine Strichpunktlinie mit zwei Punkten in 3 zeigt ein weiteres Beispiel der Steuerung einer angelegten Spannung (a), die an dem piezoelektrischen Betätigungsglied 14 in dem Fall einer Halbhubsteuerung (Halbhubsteuerung (2)) angelegt wird. Nach dem Anlegen einer hohen Spannung (beispielsweise 100 Volt) beim ersten Mal (1) wird die angelegte Spannung (a) nicht auf ein elektrisches Potential von null abgesenkt, und eine vorbestimmte geringe positive Spannung wird gehalten und dann wird die hohe Spannung erneut angelegt. Dieser Vorgang wird wiederholt. In diesem Fall ist die vorbestimmte positive Spannung eine minimale Spannung (beispielsweise 60 Volt), bei der der Ventilkörper 52 in Bezug auf die Ablauföffnung 21 offen gehalten wird, das heißt die vorbestimmte positive Spannung ist auf einen niedrigen Wert so eingestellt, das der Ventilkörper 52 nicht auf den Ablaufsitz 53 gesetzt werden kann. Aufgrund dessen wird der Hub (b) des Ventilkörpers 52 abwechselnd zwischen einem Zustand, bei dem der Ventilkörper 52 auf dem Hochdrucksitz 54 sitzt, und einem Zustand wiederholt, bei dem der Ventilkörper 52 nicht vollständig auf dem Ablaufsitz 53 sitzt sondern geringfügig angehoben ist. In diesem Zusammenhang wird eine Anhebphase des hydraulischen Drucks in der Steuerkammer 4 selten verändert, da eine Strömung des unter hohem Druck stehenden Kraftstoffes von der Hochdrucköffnung 32 in diesem Bereich selbst dann dominant ist, wenn der Ventilkörper 52 auf dem Ablaufsitz 53 sitzt, wie dies bei der Halbhubsteuerung (1) gezeigt ist, oder selbst wenn der Ventilkörper 52 von dem Ablaufsitz 53 geringfügig angehoben ist, wie dies bei diesem Ausführungsbeispiel gezeigt ist.
Demgemäß ist der Hub (d) der Düsennadel 12 im Wesentlichen der gleiche wie in dem Fall der vorstehend beschriebenen Halbhubsteuerung (1) und die gleiche Halbhubsteuerung kann ausgeführt werden. Die vorstehend beschriebene Steuerung kann deshalb verwirklicht werden, weil, wenn die angeregte Spannung von der angelegten Spannung (erforderliche Spannung für den Vollhub) des piezoelektrischen Betätigungsgliedes zum Setzen des Ventilkörpers 52 des Drei-Wege-Ventils 5 auf den Hochdrucksitz 54 verringert wird, der Ventilkörper 52 im Wesentlichen auf dem Ablaufsitz 53 sitzen kann, (Der Ventilkörper 52 sitzt nicht vollständig sondern ist geringfügig angehoben) selbst wenn die Spannung nicht auf Null abgesenkt ist.
In 4 zeigt der Punkt A die Verschiebung und die Kraft, die durch das piezoelektrische Betätigungsglied 14 erzeugt wird und die erforderlich ist, damit der Ventilkörper 52 mit dem Anheben von dem Ablaufsitz 53 beginnt. Da der hohe Druck in der Ventilkammer 51 auf dem Ventilkörper 52 in der Ventilschließrichtung wirkt, ist die stärkst möglichste Erzeugungskraft des piezoelektrischen Betätigungsgliedes bei diesem Punkt A erforderlich und eine Spannung von 90 Volt ist erforderlich. Wenn der Ventilkörper 52 erst einmal von dem Ablaufsitz 53 angehoben ist, wirkt der in der Ventilkammer 51 vorherrschende hydraulische Druck in der Ventilöffnungsrichtung. Als ein Ergebnis ist es nicht erforderlich, dass das piezoelektrische Betätigungsglied 14 eine starke Kraft erzeugt. Bei Punkt B, bei dem der Ventilkörper 52 vollständig angehoben und auf den Hochdrucksitz 54 gesetzt ist, ist eine Spannung von 100 Volt erforderlich, die geringfügig höher als an Punkt A ist. Wenn der Ventilkörper 52 von Punkt B abgesenkt wird, wird die Spannung auf 60 Volt verringert, und dann erreicht der Ventilkörper 53 den Punkt C, bei dem der Ventilkörper 52 im Wesentlichen auf dem Ablaufsitz 53 sitzt, und der hydraulische Druck in der Steuerkammer 4 wird in im Wesentlichen der gleichen Weise wie in dem Fall angehoben, bei dem der Ventilkörper 52 vollständig sitzt.
Demgemäß ist, wenn Bewegungen, bei denen der Hub von Punkt B abnimmt und der Ventilkörper 52 auf den Ablaufsitz 53 gesetzt wird und dann vollständig angehoben wird, wiederholt werden, es nicht erforderlich, dass der Ventilkörper 52 vollständig auf dem Ablaufsitz 53 gesetzt ist, sondern es ist ausreichend, dass der Ventilkörper 52 zwischen den Punkten C und B bewegt wird. Das heißt wenn die angelegte Spannung von 100 Volt auf 60 Volt und von 60 Volt auf 100 Volt verändert wird, ist es möglich, die gleiche Halbhubsteuerung zu verwirklichen. Wenn die vorstehend beschriebene Steuerung ausgeführt wird, ist es möglich, die erforderliche Energiemenge um 60 im Vergleich zu dem Fall von 100 Volt → 0 Volt → 100 Volt zu verringern. Demgemäß ist es möglich, die Halbhubsteuerung mittels einer niedrigeren Energiehöhe auszuführen.
Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wird das Drei-Wege-Ventil als das Steuerventil verwendet. Jedoch ist es möglich, die Einheit derart aufzubauen, das ein Zwei-Wege-Ventil anstelle des Drei-Wege-Ventils verwendet wird. Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel ist die Steuerkammer derart eingerichtet, dass sie einer oberen Endseite der Düsennadel zugewandt ist. Jedoch ist ein Aufbau möglich, bei dem ein Kolbenelement sich zusammen mit der Düsennadel bewegt und ein Gegendruck der Steuerkammer auf dieses Element wirkt.
Die 5 und 6 zeigen Ansichten des Aufbaus einer Einspritzeinrichtung, die in einer Kraftstoffeinspritzeinheit der Common Rail-Art eines Dieselmotors montiert ist, bei der die vorliegende Erfindung angewendet ist. 7 zeigt eine Ansicht eines Aufbaus der Kraftstoffeinspritzeinheit.
Einspritzeinrichtungen 1011, deren Anzahl die gleiche wie die Anzahl der Zylinder des Dieselmotors ist, sind entsprechend den Zylindern angeordnet. Bei dem in der Zeichnung gezeigten Beispiel ist nur eine Einspritzeinrichtung 1011 dargestellt. Jede Einspritzeinrichtung 1011 wird mit Kraftstoff aus der Common Rail 1015 beliefert, die mit der Einspritzeinrichtung 1011 über die Lieferleitung 1016 in Verbindung steht. Die Einspritzeinrichtung 1011 spritzt Kraftstoff in die Verbrennungskammer von jedem Zylinder bei im Wesentlichen dem gleichen Einspritzdruck wie der Kraftstoffdruck in der Common Rail 1015 ein. Dieser Druck wird in dieser Beschreibung nachstehend als der Common Rail-Druck bezeichnet. Der Kraftstoff wird unter Druck stehend aus dem Kraftstoffbehälter 1012 zu der Common Rail 1015 durch die Hochdrucklieferpumpe 1014 geliefert, so dass der Kraftstoff in der Common Rail 1015 bei einem hohen Druck gespeichert wird.
Der von der Common Rail 1015 zu der Einspritzeinrichtung 1011 gelieferte Kraftstoff wird nicht nur zum Einspritzen in die Verbrennungskammer verwendet, sondern auch für den hydraulischen Druck zum Steuern der Einspritzeinrichtung 1011. Der Kraftstoff zirkuliert von der Einspritzeinrichtung 1011 zu dem Kraftstoffbehälter 1012, der eine Niedrigdruckquelle ist, über die Ablaufleitung 1017.
Die ECU 1071 besteht hauptsächlich aus einem allgemeinen Mikrocomputer und sie berechnet die Zeit und die Menge der Kraftstoffeinspritzung in Übereinstimmung mit einem Erfassungssignal wie beispielsweise ein Signal des Kurbelwinkels. Ein der Berechnung entsprechendes Steuersignal wird von der ECU 1071 in eine EDU 1072 ausgegeben, um das piezoelektrische Betätigungsglied 1006 (das in 5 gezeigt ist) anzutreiben, das an jeder Einspritzeinrichtung 1011 montiert ist. Als ein Ergebnis wird der Kraftstoff von der Einspritzeinrichtung 1011 eine vorbestimmte Zeitspanne lang eingespritzt. Die EDU 1072 umfasst einen DC-DC-Wandler, dessen Energieversorgung eine nicht gezeigte Batterie ist, und lädt den piezoelektrischen Stapel 1061 des piezoelektrischen Betätigungsgliedes 1006 derart elektrisch auf, dass der piezoelektrische Stapel 1061 mit einer vorbestimmten Menge an Elektrizität aufgeladen werden kann. Anders ausgedrückt kann der piezoelektrische Stapel 1061 mit Elektrizität aufgeladen werden, bis er eine vorbestimmte Aufladespannung erreicht. Gemäß dem Steuersignal wechselt die EDU 1072 zwischen einem Aufladen und einem Entladen.
Die ECU 1071 steuert den Kraftstoffdruck derart, dass er ein geeigneter Kraftstoffeinspritzdruck in Übereinstimmung mit den durch andere Sensoren erfassten Betriebszustand ist. Der Drucksensor 1073 ist in der Common Rail 1015 vorgesehen, um den Kraftstoffeinspritzdruck zu steuern. Auf der Grundlage des Drucks in der Common Rail steuert die ECU 1071 das Strömungsregelventil 1013 und stellt die zu der Common Rail 1015 gelieferte unter Druck stehende Kraftstoffmenge ein.
Die Einspritzeinrichtung 1011 ist ein stabförmiger Körper und der untere Abschnitt der Einspritzeinrichtung 1011 durchdringt eine (nicht gezeigte) Verbrennungskammerwand eines Motors und ragt in die Verbrennungskammer hinein. Das Gehäuse 1002 der Einspritzeinrichtung 1011 ist aus folgendem zusammengesetzt. Eine Vielzahl an im Wesentlichen säulenartig geformten oder scheibenartig geformten Gehäuseelementen 1021, 1022, 1023 und 1024 sind in der axialen Richtung aufgestapelt und zu einem Körper durch die hülsenförmige Halteeinrichtung 1025 einstückig gestaltet. Innerhalb des Gehäuses 1002 sind Räume ausgebildet, in denen der Kraftstoffkanal 1101 ausgebildet ist und die Nadel 1031 untergebracht ist.
In dem langen und schlanken Gehäuseelement 1021, das ein Düsenkörper an der untersten Endseite des Gehäuses 2 ist, ist ein Führungsloch 1201 ausgebildet, dessen oberes Ende durch das Gehäuseelement 1022 geschlossen ist, das sich direkt oberhalb des Gehäuseelementes 1021 befindet. In dem Führungsloch 1201 ist die stabförmige Nadel 1031 gleitfähig gehalten. Die Nadel 1031 kann über einen Bereich verschoben werden, der durch eine Differenz zwischen der Länge der Nadel 1031 und der Länge des Führungsloches 1201 bestimmt ist. In der Nadel 1031 ist ein Langloch 1301 vorgesehen, das entlang der Achse der Nadel 1031 ausgebildet ist und zu einer unteren Endseite offen ist. An einem oberen Endabschnitt der Nadel 1031 ist ein seitliches Loch 1301 vorhanden, das das Langloch 1301 kreuzt. Beide Enden des seitlichen Loches 1302 sind zu den Seiten der Nadel 1031 offen. An dem Außenumfang der Nadel 1031 ist an der Öffnungsposition des seitlichen Loches 1302 ein ringartiger Kraftstoffreserveraum 1103 vorgesehen, der mit dem Hochdruckkanal 1101 über den Hochdruckabzweigungskanal 1102 in Verbindung steht. Mit Druck beaufschlagter Kraftstoff wird von der Common Rail 1015 in den Hochdruckkanal 1101 eingeleitet. Die Größe des Kraftstoffreserveraums 1103 in der vertikalen Richtung ist so bestimmt, dass das seitliche Loch 1302 und der Kraftstoffreserveraum 1103 miteinander in Verbindung stehen können, wenn die Nadel 1031 in dem vorstehend erwähnten Bereich versetzt ist. Demgemäß wird mit Druck beaufschlagter Kraftstoff von der Common Rail 1015 ständig zu dem Langloch 1301 der Nadel 1031 geliefert. Die Nadel 1031 sitzt auf einem Sitz an der Bodenseite 1201a des Führungslochs 1201. Wenn die Nadel 1031 an der Bodenseite 1201a des Führungsloches 1201 sitzt, ist das Langloch 1301 geschlossen.
An einem unteren Endabschnitt des Gehäuseelementes 1021 sind Düsenlöcher 1104 und 1105 für ein Kraftstoffeinspritzen vorgesehen. Die Düsenlöcher 1104 und 1105 sind seitliche Löcher, die das Führungsloch 1201 kreuzen und zu der Seite 1021a offen sind, die eine Oberfläche des Gehäuseelementes 1021 ist. Es gibt zwei Arten an Düsenlöchern 1104 und 1105; die einen sind Düsenlöcher 1104 der niedrigeren Seite und die anderen sind Düsenlöcher 1105 der oberen Seite. Die Düsenlöcher 1104 der niedrigeren Seite und die Düsenlöcher 1105 der oberen Seite bilden jeweils Gruppen. In diesem Zusammenhang sind die Einspritzrichtungen der Düsenlöcher 1104 und 1105 so gestaltet, dass sie im Hinblick auf den Verbrennungszustand des eingespritzten Kraftstoffes am optimalsten sind.
Wie dies vorstehend beschrieben ist, kreuzen die Düsenlöcher 1104 und 1105 das Führungsloch 1201 und sind zu der Seite 1201b des Führungsloches 1201 offen. Die Öffnungspositionen der Düsenlöcher 1104 und 1105 sind derart bestimmt, dass die Öffnungspositionen sich höher als die Bodenseite 1201a des Führungsloches 1201 und niedriger als die Position befinden, die so hoch wie der Bereich ist, in dem die Nadel 1031 verschoben werden kann.
Demgemäß werden, wenn sich die Nadel 1031 an der untersten Position befindet, die Düsenlöcher 1104 der unteren Seite, die als die Düsenlöcher der ersten Art bezeichnet sind, und die Düsenlöcher 1105 der oberen Seite, die als die Düsenlöcher der zweiten Art bezeichnet sind, durch die Nadel 1031 geschlossen. Wenn die Nadel 1031 in diesem geschlossenen Zustand nach oben verschoben wird, werden zunächst die Düsenlöcher 1104 der ersten Art an der unteren Seite geöffnet. Wenn die Nadel 1031 weiter nach oben verschoben wird, werden die Düsenlöcher 1105 der zweiten Art an der oberen Seite ebenfalls geöffnet. Die Definitionen der ersten Verschiebung und der zweiten Verschiebung sind wie folgt dargelegt. Wenn die Nadel 1031 sich an der untersten Position befindet, ist die Verschiebung Null. Die Verschiebung, bei der die Düsenlöcher 1104 der ersten Art geöffnet werden, ist als die erste Verschiebung definiert, und die Verschiebung, bei der die Düsenlöcher 1105 der zweiten Art geöffnet werden, ist als die zweite Verschiebung definiert.
Der aus dem Langloch 1301 der Nadel herausströmende unter hohem Druck stehende Kraftstoff wird zu einem Bodenabschnitt des Führungsloches 1201 geliefert, der niedriger als die Nadel 1031 ist. Daher wird, wenn die Nadel 1031 die erste Verschiebung überschreitet, Kraftstoff von den Düsenlöchern 1104 der ersten Art eingespritzt. Wenn die Nadel 1031 die zweite Verschiebung überschreitet, wird Kraftstoff von den Düsenlöchern 1105 der zweiten Art zusätzlich zu den Düsenlöchern 1104 der ersten Art eingespritzt.
Da der unter hohem Druck stehende Kraftstoff von der Common Rail 1015 zu dem Langloch 1301 der Nadel 1031 konstant geliefert wird, wird die Nadel 1031 durch den in dem Langloch 1301 und in dem Bodenabschnitt des Führungsloches 1201 vorhandenen Kraftstoff konstant nach oben gedrückt.
In dem Führungsloch 1201 ist eine Schraubenfeder 1051 an einer oberen Position der Nadel 1031 so vorgesehen, dass die Nadel 1031 durch die Schraubenfeder 1051 nach unten gedrückt wird. Das Führungsloch 1201 an einem oberen Abschnitt der Nadel 1031 ist als eine Gegendruckkammer 1106 ausgebildet, in die unter hohem Druck stehender Kraftstoff von dem Hochdruckkanal 1101 über die Eingangsblende 1107 konstant eingeleitet wird. Der Druck des in der Gegendruckkammer 1106 befindlichen Kraftstoffes wirkt an einer oberen Endseite der Nadel 1031 und drückt die Nadel 1031 nach unten.
Der Druck des in der Gegendruckkammer 1106 befindlichen Kraftstoffes kann durch die Antriebseinrichtung 1111a frei geändert werden. Wenn die Antriebseinrichtung 1111a zwischen einem Zustand, bei dem eine nach unten gerichtete an der Nadel 1031 wirkende Kraft größer als eine nach oben wirkende Druckkraft ist, und einem Zustand, bei dem eine nach unten gerichtet auf die Nadel 1031 wirkende Druckkraft geringer als eine nach oben gerichtete Druckkraft ist, wechselt, kann die Antriebsrichtung der Nadel 1031 geändert werden.
Die Antriebseinrichtung 1011a ist nachstehend erläutert. Die Gegendruckkammer 1106 steht mit der Ventilkammer 1109 über die Ausgangsblende 1108 in Verbindung und die mit der Niedrigdruckkammer 1111 in Verbindung stehende Niedrigdrucköffnung 1110 ist zu dem obersten Abschnitt einer becherförmigen Abdeckseite der Ventilkammer 1109 offen. Die Niedrigdruckkammer 1111 steht mit der Ablaufleitung 1017 über einen nicht gezeigten in der Einspritzeinrichtung 1011 ausgebildeten Niedrigdruckkanal in Verbindung. Eine mit dem Hochdruckkanal 1101 in Verbindung stehende Hochdrucköffnung 1112 ist an einer Position offen, die sich an einer Bodenseite der Ventilkammer 1109 und direkt unterhalb der Niedrigdrucköffnung 1110 befindet.
In der Ventilkammer 1109 ist ein Steuerventil 1032 vorgesehen. Das Steuerventil 1032 ist napfförmig, wobei seine untere Seite horizontal abgetrennt ist. Wenn das Steuerventil 1032 nach oben verschoben wird, sitzt es an dem ringartigen Sitz 1109a, der nachstehend als ein Niedrigdrucksitz bezeichnet ist, an dem Öffnungsaußenumfangsabschnitt der Niedrigdrucköffnung 1110, so dass die Niedrigdrucköffnung 1110 geschlossen ist. Wenn das Steuerventil 1032 nach unten verschoben wird, sitzt es an dem ringartigen Sitz 1109b, der nachstehend als ein Hochdrucksitz bezeichnet ist, an dem Öffnungsaußenumfangsabschnitt der Hochdrucköffnung 1112, so dass die Hochdrucköffnung 1112 geschlossen ist. Demgemäß wird, wenn das Steuerventil 1032 die Niedrigdrucköffnung 1110 schließt, verhindert, dass Kraftstoff von der Gegendruckkammer 1106 abgegeben wird und der Druck in der Gegendruckkammer 1106 auf eine hohe Höhe ansteigt. In diesem Fall kann, wenn die Schraubenfeder 1051 oder dergleichen so eingestellt ist, dass die nach unten gerichtete auf die Nadel 1031 wirkende Druckkraft höher als die nach oben gerichtete Druckkraft ist, die Nadel 1031 nach unten zu der niedrigsten Position angetrieben werden.
Wenn in diesem Zustand das Steuerventil 1032 von dem Niedrigdrucksitz 1109a angehoben wird und die Hochdrucköffnung 1112 schließt, wird der Kraftstoff von der Gegendruckkammer 1106 in den Kraftstoffbehälter 1012 über die Niedrigdrucköffnung 1110 zurück. Aufgrund dessen wird der Druck des Kraftstoffes in der Gegendruckkammer 1106 auf einen Wert vermindert, der durch den Querschnitt des Kanals der Eingangsblende 1107 oder der Ausgangsblende 1108 bestimmt wird. Wenn in diesem Fall der Querschnitt des Kanals oder dergleichen so eingestellt ist, dass die nach unten gerichtete an der Nadel 1031 wirkende Druckkraft geringer als die nach oben gerichtete an der Nadel 1031 wirkende Druckkraft ist, wird die Antriebsrichtung der Nadel 1031 nach oben gerichtet und die Nadel 1031 wird nach oben verschoben. Wenn dieser Zustand aufrechterhalten bleibt, wird die Nadel 1031 um die maximale Verschiebung angehoben und erreicht die höchste Position, an der die Nadel 1031 mit der Abdeckseite der Gegendruckkammer 1106 in Kontakt gelangt.
Wenn andererseits in dem Zustand, in dem die Nadel 1031 angehoben ist, das Steuerventil 1032 erneut von dem Hochdrucksitz 1112 angehoben wird und die Niedrigdrucköffnung 1110 schließt, wird verhindert, dass der Kraftstoff von der Gegendruckkammer 1106 abgegeben wird und der Kraftstoff strömt von dem Hochdruckkanal 1101 in die Gegendruckkammer 1106 über die Hochdrucköffnung 1112, die Ventilkammer 1109 und die Ausgangsblende 1108. Als ein Ergebnis kehrt der Druck des in der Gegendruckkammer 1106 befindlichen Kraftstoffes auf die ursprüngliche Hochdruckhöhe zurück. Aufgrund dessen wird die Antriebsrichtung des Nadelventils 1031 nach unten verändert, so dass die Nadel 1031 mit der nach unten gerichteten Verschiebung beginnt. Wenn dieser Zustand aufrecht erhalten bleibt, erreicht die Nadel 1031 die niedrigste Position, an der die Nadel 1031 an der Bodenseite 1201a des Führungslochs 1201 sitzt.
In diesem Zusammenhang werden, wenn die Nadel 1031 nach oben verschoben wird, die Düsenlöcher 1104 und 1105 geöffnet und Kraftstoff wird eingespritzt. Dieser Vorgang ist nachstehend detailliert erläutert.
Das Steuerventil 1032 wird wie folgt angetrieben. Oberhalb der Niedrigdruckkammer 1111 sind Langlöcher 1202 und 1203 ausgebildet, die mit der Niedrigdruckkammer 1111 in Verbindung stehen. Das Langloch 1202 mit dem kleinen Durchmesser an der Seite de Niedrigdruckkammer 1111 dient als ein Zylinder 1202 mit kleinem Durchmesser für ein gleitfähiges Halten des Kolbens 1041 mit dem kleinen Durchmesser. Das Langloch 1203 mit dem großen Durchmesser dient als ein Zylinder 1203 mit großem Durchmesser für ein gleitfähiges Halten des Kolbens 1042 mit großem Durchmesser. Der Kraftstoff wird in die Räume in beiden Zylindern 1202 und 1203 geladen, die durch beide Kolben 1041 und 1042 definiert sind und die Hydraulikkammer 1113 ist durch den Raum definiert. Wenn der Koben 1042 mit dem großen Durchmesser nach unten verschoben wird, wird der Kraftstoff in der Hydraulikkammer 1113 verdichtet, und der Kolben 1041 mit dem kleinen Durchmesser wird durch den Druck des Kraftstoffes gedrückt und nach unten geschoben. Zu diesem Zeitpunkt ist die Verschiebung des Kolbens 1041 mit dem kleinen Durchmesser ein Wert, der erhalten wird, wenn die Verschiebung des Kolbens 1042 mit dem großen Durchmesser aufgrund des Durchmesserunterschiedes des Kolbens 1041 gegenüber dem Kolben 1042 erweitert ist.
Der dünne untere Endabschnitt 1411 des Kolbens 1041 mit dem kleinen Durchmesser ragt von der Niedrigdruckkammer 1111 in die Ventilkammer 1109 über die Niedrigdrucköffnung 1110 vor. Als ein Ergebnis ist es möglich, dass der dünne untere Endabschnitt 1411 des Kolbens 1041 mit dem kleinen Durchmesser mit dem Steuerventil 1032 in Kontakt gelangt. Aufgrund des vorstehend beschriebenen Aufbaus wird das Steuerventil 1032 durch eine Druckkraft des Kolbens 1041 mit dem kleinen Durchmesser nach unten verschoben.
Die Druckkraft des Kolbens 1041 mit dem kleinen Durchmesser wird wie folgt erzeugt. Oberhalb des Zylinders 1203 mit dem großen Durchmesser ist eine Kammer 1204 zum Unterbringen des piezoelektrischen Betätigungsgliedes 1006 vorgesehen. Das piezoelektrische Betätigungsglied 1006 ist mit einem piezoelektrischen Stapel 1061 versehen, in dem eine piezoelektrische keramische Lage wie beispielsweise PZT und eine Elektrodenlage abwechselnd aufeinander geschichtet sind. Die Schichtrichtung des piezoelektrischen Stapels 1061 ist vertikal und der piezoelektrische Stapel 1061 ist in dem obersten Abschnitt der Kammer 1204 zum Unterbringen des piezoelektrischen Betätigungsgliedes 1006 untergebracht. Wenn das Aufladen oder Entladen bei dem piezoelektrischen Stapel 1061 durch die EDU 1072 ausgeführt wird, verlängert sich der piezoelektrische Stapel 1061 oder zieht er sich zusammen. Ein unterer Abschnitt des Zylindergehäuses 1062 des piezoelektrischen Stapels 1061 besteht aus einem Balg 1621, wobei dessen unterer Endabschnitt durch ein Plattenelement 1063 geschlossen ist. Zwischen dem piezoelektrischen Stapel 1061 und dem Plattenelement 1063 ist eine Stange 1064 vorgesehen, die in den Balg 1621 eingeführt ist. Die Stange 1064 gelangt mit dem piezoelektrischen Stapel 1061 und dem Plattenelement 1063 in Kontakt.
Andererseits steht in der Kammer zum Unterbringen des Betätigungsgliedes der Wellenabschnitt 1422 mit dem kleinen Durchmesser, der ein Hälftenabschnitt an der oberen Seite von dem Kolben 1042 mit dem großen Durchmesser ist, dessen Durchmesser kleiner als jener des Gleitabschnittes 1421 ist, vor und steht dem Plattenelement 1063 gegenüber. Zwischen dem Federaufnehmer 1043, der an einem oberen Endabschnitt des Kolbenwellenabschnittes 1422 mit dem großen Durchmesser befestigt ist, und der Bodenseite der Kammer 1204 zum Unterbringen des Betätigungsgliedes ist eine Schraubenfeder 1052 vorgesehen, die den Kolben 1042 mit dem großen Durchmesser ständig nach oben drückt, so dass der Kolben 1042 mit dem großen Durchmesser und das Plattenelement 1063 stets miteinander in Kontakt stehen. Aufgrund des vorstehend beschriebenen Aufbaus wird der Betrag der Ausdehnung und der Zusammenziehung des piezoelektrischen Stabes 1061 in eine Verschiebung des piezoelektrischen Stabes 1061 als solche umgewandelt.
Demgemäß wird, wenn der piezoelektrische Stab 1061 durch das elektrische Aufladen ausgedehnt wird und der Kolben 1042 mit dem großen Durchmesser nach unten gedrückt wird, der Kolben 1041 mit dem kleinen Durchmesser ebenfalls nach unten über die hydraulische Kammer 1013 gedrückt. Demgemäß wird das Steuerventil 1032 von den Niedrigdrucksitz 1109a angehoben und wird auf den Hochdrucksitz 1109b gesetzt. Aufgrund dessen wird die Antriebsrichtung der Nadel 1031 nach oben gerichtet, wie dies vorstehend beschrieben ist. Andererseits wird, wenn der piezoelektrische Stabe 1061 elektrisch entladen wird und sich zusammenzieht und der Kolben 1042 mit dem großen Durchmesser nach oben gedrückt wird, die nach unten gerichtete auf den Kolben 1041 mit dem kleinen Durchmesser wirkende Druckkraft freigegeben, und das Steuerventil 1032 wird von dem Hochdrucksitz 1109b durch eine nach oben gerichtete Kraft angehoben, die durch den Druck des Kraftstoffs von der Hochdrucköffnung 1112 erzeugt wird. Daher wird das Steuerventil 1032 auf den Niedrigdrucksitz 1109a gesetzt. Aufgrund dessen wird die Nadel 1031 nach unten angetrieben, wie dies vorstehend beschrieben ist.
Die ECU 1071, die eine Steuereinrichtung ist, bestimmt die Art der Kraftstoffeinspritzung in Übereinstimmung mit der Motordrehzahl, dem Öffnungsgrad des Gaspedals und dem Druck in der Common rail. Auf der Grundlage der Art der Kraftstoffeinspritzung gibt die ECU 1071 ein Steuersignal zu der EDU 1072 aus. Die Art der Kraftstoffeinspritzung umfasst die Kraftstoffeinspritzmenge und die Kraftstoffeinspritzzeit in der gleichen Weise wie bei dem herkömmliche Kraftstoffeinspritzen. Des Weiteren umfasst die Art der Kraftstoffeinspritzung den Modus und die Frequenz der Kraftstoffeinspritzung, die Besonderheiten in bezug auf die vorliegende Kraftstoffeinspritzeinheit darstellen. Es gibt zwei Arten an Einspritzmodi. Ein Modus ist eine Einspritzung bei einer geringen Rate und der andere Modus ist eine Einspritzung bei einer hohen Rate. Der Modus der geringen Einspritzrate wird dann gewählt, wenn aus der Motordrehzahl und dem Öffnungsgrad des Gaspedals beurteilt wird, dass der Motorbetrieb in einem Leichtlastbereich ausgeführt wird, und der Motor einer hohen Einspritzrate wird in anderen Fällen gewählt. Ob der Motorbetrieb in einem Leichtlastbereich ausgeführt wird oder nicht, wird in Übereinstimmung mit einer Tabelle beurteilt, die zuvor in einem ROM gespeichert worden ist, indem die Motordrehzahl und der Öffnungsgrad des Gaspedals eingegeben werden.
8 zeigt ein Zeitablaufdiagramm einer Beziehung zwischen dem Steuersignal, das von der ECU 1071 zu der EDU 1072 ausgegeben wird, und dem Hub der Nadel 1031. Die erste Hälfte zeigt einen Fall, bei dem der Modus einer geringen Einspritzrate gewählt worden ist, und die zweite Hälfte zeigt einen Fall, bei dem der Modus einer hohen Einspritzrate gewählt worden ist. Wenn die EDU 1072 ein Steuersignal empfängt, wird der piezoelektrische Stapel 1061 bei Zunahme der Elektrizität aufgeladen und wird der piezoelektrische Stapel 1061 bei der Abnahme der Elektrizität entladen. Demgemäß wird der Kraftstoff in Übereinstimmung mit der Periode der Ausgabe von diesem Steuersignal eingespritzt, das heißt die Periode der Ausgabe entspricht einer Kraftstoffeinspritzmenge.
Bei dem Modus einer geringen Einspritzrate wird ein Impuls auf das Steuersignal einmal oder häufig ausgegeben. Die ECU 1071 berechnet die erforderliche Einspritzmenge in Übereinstimmung mit der Motordrehzahl und dem Öffnungsgrad des Gaspedals. Gleichzeitig berechnet die ECU 1071 eine Frequenz N der Einspritzung, die eine Frequenz der Ausgabe des Steuersignals ist.
Wenn die Höhe des Steuersignals zunimmt, wird der piezoelektrische Stapel 1061 mit Elektrizität aufgeladen, wie dies vorstehend beschrieben ist, und die Nadel 1031 wird nach oben angetrieben. Somit wird die Nadel 1031 von dem Sitz 1201a angehoben und die Düsenlöcher 1104 der ersten Art werden geöffnet. Durch den vorstehend beschriebenen Vorgang wird das Kraftstoffeinspritzen gestartet.
In diesem Fall wird die Zeitspanne des Steuersignals bei einem Wert eingestellt, bei dem das Steuersignal abfällt, bevor die Verschiebung der Nadel 1031 die zweite Verschiebung erreicht, die die Düsenlöcher 1105 der zweiten Art öffnet. Aufgrund dessen wird die Antriebsrichtung der Nadel 1031 umgekehrt, das heißt die Nadel 1031 wird nach unten angetrieben. Daher werden die Düsenlöcher 1105 der zweiten Art nicht geöffnet. Da die Düsenlöcher 1105 der zweiten Art nicht geöffnet werden, ist die Öffnungsfläche relativ kleiner als die Öffnungsfläche in dem Fall, bei dem sowohl die Düsenlöcher der ersten als auch der zweiten Art 1105 geöffnet sind. Daher wird im Vergleich zu einem Fall, bei dem der Kraftstoff aus sowohl den Düsenlöchern 1104 der ersten Art als auch den Düsenlöchern 1105 der zweiten Art eingespritzt wird, das Zersträuben des Kraftstoffes erleichtert.
In diesem Zusammenhang wird, wenn die Zeitspanne des Steuersignals eingestellt wird, die Trägheit der Nadel 1031 und die Verzögerung des Ansprechens von jeder Komponente in Bezug auf das Abfallen des Steuersignals natürlich berücksichtigt. Die Zeitspanne des Steuersignals pro Zeiteinheit kann zu einem festen Wert gestaltet werden. Jedoch ist es möglich, diese Variable in Übereinstimmung mit dem Betriebszustand zu gestalten, wie beispielsweise mit dem Druck in der Common rail.
Wie dies vorstehend beschrieben ist, wird bei dem Modus der niedrigen Einspritzrate das Kraftstoffeinspritzen derart ausgeführt, dass die Kraftstoffeinspritzrate gering ist und der Kraftstoff fein zerstäubt wird.
Danach werden gemäß der erforderlichen Einspritzmenge Q das zweite Steuersignal, das dritte Steuersignal, ... ausgegeben, so dass die erforderliche Einspritzmenge Q sichergestellt ist. Demgemäß wird in der ECU 1071 die Einspritzfrequenz N bestimmt, wenn die erforderliche Einspritzmenge Q durch die Einspritzmenge q geteilt wird, die die gemäß dem Steuersignal pro Zeiteinheit eingespritzte Kraftstoffmenge ist.
Die Zeitspanne, in der das Kraftstoffeinspritzen lediglich durch die Düsenlöcher 1104 der ersten Art entsprechend der Steuerung eines Signals für einen Zeitpunkt ausgeführt wird, hängt von der Zeitspanne von der ersten Verschiebung, bei der die Düsenlöcher 1104 der ersten Art geöffnet werden, bis zu der zweiten Verschiebung ab, bei der die Düsenlöcher 1105 der zweiten Art geöffnet werden. Diese Zeitspanne wird durch den Intervall zwischen der Öffnungsposition der Düsenlöcher 1104 der ersten Art an der Seite 1205b der Führungslöcher und der Öffnungsposition der Düsenlöcher 1105 der zweiten Art an der Seite 1205b der Führungslöcher bestimmt und außerdem durch die Geschwindigkeit der Verschiebung der Nadel 1031 bestimmt. Daher wird der Abstand zwischen dem Düsenloch 1104 und dem Düsenloch 1105 so bestimmt, dass die erforderliche Kraftstoffmenge q, die gemäß dem Steuersignal pro Zeit eingespritzt wird, sichergestellt ist.
Wenn das Steuersignal abfällt, wird die Antriebsrichtung in Bezug auf die Nadel 1031 nach unten verändert. Wenn die Ausgabezeit des nächsten Steuersignals, durch das die Antriebsrichtung umgekehrt wird, auf einen Zeitpunkt eingestellt wird, vor dem die Nadel 1031 zu einer Position unter der ersten Verschiebung gelangt, das heißt wenn die Ausgabezeit des nächsten Steuersignals, durch das die Antriebsrichtung umgekehrt wird, bei einem Zeitpunkt eingestellt wird, vor dem die Nadel 1031 in einen vollständig geschlossenen Zustand zurückkehrt, dann kann, selbst wenn das Steuersignal wie ein Puls ausgegeben wird, das Kraftstoffeinspritzen an sich kontinuierlich in der gleichen Weise wie bei einer Kraftstoffeinspritzeinheit ausgeführt werden, bei der eine niedrige Einspritzrate durch ein Halten der Nadel bei einem Halbhubzustand verwirklicht wird. Natürlich kann eine unterbrochene Kraftstoffeinspritzung gemäß einer impulsartigen Ausgabe des Steuersignals ausgeführt werden.
Wenn andererseits der Modus einer geringen Einspritzrate gewählt wird, wird das Steuersignal eine ausreichend lange Zeitspanne lang in Übereinstimmung mit der erforderlichen Kraftstoffeinspritzmenge ausgegeben, und die Nadel 1031 erreicht die maximale Verschiebung. Aufgrund dessen werden sowohl die Düsenlöcher der ersten Art 1104 als auch die Düsenlöcher 1105 der zweiten Art geöffnet, und die Querschnittsfläche des Strömungskanals zum Bestimmen der Einspritzströmungsrate ist ein Wert, der durch ein Addieren der Öffnungsfläche der Düsenlöcher 1104 der ersten Art zu der Öffnungsfläche der Düsenlöcher 1105 der zweiten Art erhalten wird. Daher wird eine Kraftstoffeinspritzung erhalten durch ein Verwenden einer größeren Öffnungsfläche als jene in dem Fall des Modus einer geringen Einspritzrate.
Wie dies vorstehend beschrieben ist, wird bei der vorliegenden Kraftstoffeinspritzeinheit die Antriebsrichtung abwechselnd derart geändert, dass, nachdem die Antriebsrichtung der Nadel 1031 nach oben eingerichtet worden ist, die Antriebsrichtung in die nach unten weisende Richtung zurückkehrt, bevor die Fläche, bei die Öffnungsfläche der Düsenlöcher 1104 und jene der Düsenlöcher 1105 maximal wird, die die Strömungsrate der Kraftstoffeinspritzung bestimmen, zueinander addiert werden. Daher ist es wie bei einer Kraftstoffeinspritzeinheit, bei der die Nadel 1031 ortsfest bei einem Halbhubzustand gestaltet ist, möglich, eine Kraftstoffeinspritzeinheit zu verwirklichen, die eine Kraftstoffzerstäubung bei einer geringen Einspritzrate ohne einen komplizierten Aufbau der Einspritzeinrichtung 1011 verwirklichen kann.
Was die Düsenlöcher betrifft, so sind Düsenlöcher 1104 der ersten Art, die öffnen, wenn die Nadel 1031 die erste Verschiebung überschreitet, und Düsenlöcher 1105 der zweiten Art vorgesehen, die öffnen, wenn die Nadel 1031 die zweite Verschiebung überschreitet, die größer als die erste Verschiebung ist. Daher schafft die Kraftstoffeinspritzeinheit der vorliegenden Erfindung die folgenden Vorteile im Vergleich zu einer herkömmlichen Kraftstoffeinspritzeinheit, bei der das Kraftstoffeinspritzen bei einer geringen Einspritzrate ausgeführt wird, wenn die Nadel dazu gebracht wird, dass sie bei einem Halbhubzustand ortsfest ist, indem die Strömungsrate des von der Gegendruckkammer abgegebenen Kraftstoffes eingestellt wird. Bei der herkömmlichen Kraftstoffeinspritzeinheit kann in dem Fall eines vollen Hubs der Hub durch ein Intervall zwischen der Nadel und der Abdeckseite der Gegendruckkammer, die die Nadel aufnimmt, genau bestimmt werden. Daher kann die Nadel dazu gebracht werden, das sie bei dem Hub ortsfest ist. Jedoch ist es in dem Fall eines halben Hubs schwierig, den Gegendruck der Nadel genau zu steuern, und die Steuerbarkeit der Kraftstoffeinspritzrate ist nicht unbedingt hoch und das Gleiche trifft auf die Kraftstoffeinspritzmenge zu. Andererseits wird bei der vorliegenden Kraftstoffeinspritzeinheit die Querschnittsfläche eines Strömungskanals zum Bestimmen der Kraftstoffeinspritzmenge in zwei Schritten durch zwei Arten an Düsenlöchern 1104 und 1105 verändert, die bei zu einander verschiedenen Verschiebungen geöffnet werden. Daher kann die Einspritzrate stabil gehalten werden und die Kraftstoffeinspritzmenge kann mit einer hohen Genauigkeit eingestellt werden.
Da die Löcher 1104 und 1105 seitliche Löcher sind, die zu der Seite 1201b des Führungsloches 1201 der Nadel 1031 offen sind, kann die Kraftstoffeinspritzeinheit mit Leichtigkeit hergestellt werden, und des Weiteren kann die Zeitspanne von dem Zeitpunkt, bei dem die Düsenlöcher 1104 der ersten Art geöffnet werden, bis zu dem Zeitpunkt, bei dem die Düsenlöcher 1105 der zweiten Art geöffnet werden, mit Leichtigkeit eingestellt werden, indem ein Intervall zwischen beiden Düsenlöchern 1104 und 1105 in der Verschiebungsrichtung eingestellt wird. In diesem Zusammenhang ist die vorliegende Erfindung nicht unbedingt auf den Aufbau mit zwei Arten an Düsenlöchern 1104 und 1105 beschränkt, deren Nadelverschiebung voneinander verschieden sind, wenn die Düsenlöcher geöffnet werden, bei denen die Öffnungsfläche der Düsenlöcher 1104 und die Öffnungsfläche der Düsenlöcher 1105 verschieden sind. Es möglich, den nachstehend beschriebenen Aufbau aufzugreifen. In dem Fall der Düsenlöcher eines einzigen Aufbaus wird, bevor der Hub der Nadel einen Wert erreicht, der durch die maximale Fläche bestimmt wird, die die Öffnungsfläche der Düsenlöcher ist, die Antriebsrichtung der Nadel in die Richtung des Setzens des Nadelventils verändert. Aufgrund dessen kann die Öffnungsfläche der Düsenlöcher im Wesentlichen bei einem Wert eingestellt werden, der durch den Abstand zwischen der Nadel und dem Sitz bestimmt wird. Das Kraftstoffeinspritzen wird in Übereinstimmung mit diesem Wert ausgeführt. In diesem Fall kann ein Kraftstoffeinspritzen unter Verwendung des Aufbau der verwirklichten Einspritzeinrichtung verwirklicht werden und der piezoelektrische Stapel wird gesteuert, während er geladen und entladen wird.
Während die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf spezifische Ausführungsbeispiele beschrieben worden ist, die zum Zwecke der Veranschaulichung gewählt wurden, sollte für Fachleute offensichtlich sein, dass viele Abwandlungen angefertigt werden können, ohne von dem Umfang der Erfindung abzuweichen.
Es ist eine Steuerkammer zum Erzeugen eines Gegendrucks geschaffen worden, der an einer Düsennadel wirkt, die ein Düsenloch öffnet und schließt. Ein Drei-Wege-Ventil zum Öffnen und Schließen zwischen der Steuerkammer und einem Ablaufkanal wird durch eine ECU gesteuert. Die ECU stellt die Spannung ein, die an einem piezoelektrische Betätigungsglied angelegt wird, um das Drei-Wege-Ventil derart anzutreiben, dass das Drei-Wege-Ventil wiederholt geöffnet und geschlossen wird, und der Druck in der Steuerkammer wird bei einem Wert gehalten, der höher als der Druck ist, durch den die Düsennadel vollständig angehoben wird. Aufgrund dessen wird der Hub der Düsennadel bei der Zeitspanne der Kraftstoffeinspritzung bei einer Halbhubposition gehalten.

Claims

Kraftstoffeinspritzeinheit mit: einer Steuerkammer (4) zum Erzeugen eines Drucks in einer Ventilschließrichtung, der an einer Düsennadel (12) wirkt, die ein Düsenloch (11) öffnet und schließt; und einem Steuerventil (5) zum Erhöhen und Vermindern eines Drucks in der Steuerkammer (4), wenn das Steuerventil (5) geöffnet und geschlossen wird, wobei die Düsennadel (12) geöffnet wird, wenn der Druck in der Steuerkammer (4) abnimmt, wobei die Kraftstoffeinspritzeinheit des Weiteren einen Steuerabschnitt (9) aufweist, der eine Hubposition der Düsennadel (12) auf eine vorbestimmte Position steuert, die niedriger als eine Vollhubposition bei einer Periode der Kraftstoffeinspritzung ist, während der Druck in der Steuerkammer (4) bei einem hohen Wert gehalten wird, der höher als der Druck des Vollhubs der Düsennadel (12) ist, wobei das Steuerventil durch ein piezoelektrisches Betätigungsglied (14) angetrieben wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck bei dem hohen Wert gehalten wird, indem das Steuerventil (5) so gesteuert wird, dass es je Düsenöffnung getaktet mehrmals öffnet und schließt.
Kraftstoffeinspritzeinheit gemäß Anspruch 1, wobei das Steuerventil (5) geöffnet wird, wenn Energie zu diesem geliefert wird, so dass die Steuerkammer (4) mit einem Ablaufkanal (2) in Verbindung steht, und der Steuerabschnitt (9) den Druck in der Steuerkammer (4) steuert, wenn der Steuerabschnitt (9) eine Öffnungs- und Schließbewegung des Steuerventils (5) wiederholt.
Kraftstoffeinspritzeinheit gemäß Anspruch 2, wobei der Steuerabschnitt (9) Energie zu dem Steuerventil (5) liefert, so dass das Steuerventil (5) wiederholt bei einer vorbestimmten Periode eine vorbestimmte Zeit lang geöffnet werden kann.
Kraftstoffeinspritzeinheit gemäß einem Ansprüche 2 oder 3, wobei der Steuerabschnitt (9) wiederholt eine Öffnungs- und Schließbewegung des Steuerventils (5) ausführt, so dass eine Ventilöffnungszeit das erste Mal länger als nach dem ersten Mal sein kann.
Kraftstoffeinspritzeinheit gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, die des Weiteren eine Huberfassungseinrichtung aufweist, die einen Hub der Düsennadel (12) direkt oder indirekt erfasst, wobei der Steuerabschnitt (9) das Steuerventil (5) in Übereinstimmung mit einem von der Huberfassungseinrichtung gesendeten Erfassungssignal öffnet und schließt.
Kraftstoffeinspritzeinheit gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Steuerabschnitt eine Halbhubsteuerung ausführt, bei der die Düsennadel bei einer vorbestimmten Halbhubposition gesteuert wird, wenn eine Zielkraftstoffeinspritzmenge oder eine Zielkraftstoffeinspritzzeitspanne geringer als ein vorbestimmter Wert ist.
Kraftstoffeinspritzeinheit gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Steuerabschnitt eine Halbhubsteuerung ausführt, um die Düsennadel (12) bei einer vorbestimmten Halbhubposition zu steuern, wenn eine Kraftstoffeinspritzzeit eines Verbrennungsmotors sich wesentlich von einem oberen Totpunkt der Verdichtung unterscheidet.
Kraftstoffeinspritzeinheit gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei eine Gesamtöffnungsfläche des Düsenloches (11) sich in Übereinstimmung mit einer Hubposition der Düsennadel ändert.
Kraftstoffeinspritzeinheit gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Steuerabschnitt die Düsennadel (12) bei einer vorbestimmten Halbhubposition steuert, indem wiederholt eine vorbestimmte hohe Spannung und eine niedrigere Spannung als jene an dem piezoelektrischen Betätigungsglied (14) angelegt wird.
Kraftstoffeinspritzeinheit gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Steuerabschnitt die Düsennadel (12) bei einer vorbestimmten Halbhubposition steuert, indem wiederholt das Steuerventil (5) geöffnet und geschlossen wird, und das Steuerventil (5) derart gesteuert wird, das es nicht exakt auf einen Ventilsitz (53) bei der Ventilschließzeit gesetzt werden kann.
Kraftstoffeinspritzeinheit, bei der ein Starten und Anhalten eines Kraftstoffeinspritzens durch eine sich geradlinig bewegende Nadel (1031) frei geändert werden kann, die so aufgebaut ist, dass, je größer die Verschiebung von einem Referenzzustand des Anhaltens der Kraftstoffeinspritzung ist, desto mehr die Querschnittsfläche eines Strömungskanals zum Bestimmen der Strömungsrate der Einspritzung erweitert ist, wobei die Kraftstoffeinspritzeinheit folgendes aufweist: eine Einspritzeinrichtung (1011) mit einer Antriebseinrichtung (1011a), die ein piezoelektrisches Betätigungsglied (1006) aufweist und die zu einem Ändern zwischen dem ersten Antriebszustand, bei dem die Nadel (1031) in einer Richtung derart gedrückt wird, das die Verschiebung der Nadel (1031) null ist, und dem zweiten Antriebszustand in der Lage ist, bei dem die Nadel (1031) in einer zu der Antriebsrichtung bei dem ersten Antriebszustand umgekehrten Richtung gedrückt wird, und die Nadel (1031) in einer derartigen Richtung gedrückt wird, dass die Verschiebung der Nadel (1031) maximal ist; und eine Steuereinrichtung zum Ändern eines Antriebszustandes der Nadel (1031) durch ein Steuern der Antriebseinrichtung (1011a), dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (1071) zwischen einem Modus einer hohen Einspritzrate, bei dem der Antriebszustand bei dem zweiten Antriebszustand eingestellt ist und die Nadel (1031) bei der maximalen Verschiebung verbleibt, und einem Modus einer niedrigen Einspritzrate geschaltet wird, wobei in dem Modus der niedrigen Einspritzrate der erste und der zweite Antriebszustand abwechselnd derart wiederholt werden, dass der Antriebszustand in den ersten Antriebszustand zurückkehren kann, nachdem der Antriebszustand auf den zweiten Antriebszustand eingestellt ist und bevor der Hub der Nadel (1031) einen Hub erreicht, bei dem die Querschnittsfläche des Strömungskanals maximal wird.
Kraftstoffeinspritzeinheit gemäß Anspruch 11, wobei die Einspritzeinrichtung (1011) ein Düsenloch (1104) einer ersten Art, das geöffnet wird, wenn die Nadel (1031) eine erste Verschiebung überschreitet, und ein Düsenloch (1105) einer zweiten Art aufweist, das geöffnet wird, wenn die Nadel (1031) eine zweite Verschiebung überschreitet, die größer als die erste Verschiebung ist.
Kraftstoffeinspritzeinheit gemäß Anspruch 12, wobei die Einspritzeinrichtung (1011) zwei Arten an Löchern hat, die in einem Düsenkörper (1021) ausgebildet sind, in dem Nadel (1031) gleitfähig gehalten ist und ein die Führungsloch (1201) zum Liefern von Kraftstoff ausgebildet ist, wobei ein Ende von jedem Loch zu einer Fläche (1021a) des Düsenkörpers (1021) offen ist und das andere Ende von jedem Loch mit dem Führungsloch (1201) in Verbindung steht, wobei jedes Loch durch die Nadel (1031) geschlossen werden kann, wobei die beiden Arten an Löchern bei einem Intervall in einer Richtung der Nadelverschiebung ausgebildet sind, wobei das Loch, das geöffnet wird, wenn eine Verschiebung der Nadel (1031) die erste Verschiebung überschreitet, das erste Düsenloch (1104) ist, und das Loch, das geöffnet wird, wenn eine Verschiebung der Nadel (1031) die zweite Verschiebung überschreitet, das zweite Düsenloch (1105) ist.
Kraftstoffeinspritzeinheit gemäß einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei der Zeitpunkt des Änderns von dem ersten Antriebszustand in den zweiten Antriebszustand bei dem Modus einer geringen Einspritzrate bei einem Zeitpunkt eingesetzt ist, bevor der Hub der Nadel (1031) eine Verschiebung erreicht, bei der die Querschnittsfläche des Strömungskanals zu null wird.