DE10158547A1

DE10158547A1 - Brennkraftmaschinen-Kraftstoffeinspritzsystem

Info

Publication number: DE10158547A1
Application number: DE2001158547
Authority: DE
Inventors: Akira Kawabata; Eiji Takemoto; Hideo Naruse
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2000-11-30
Filing date: 2001-11-29
Publication date: 2002-06-06
Also published as: JP4239401B2; JP2002161788A

Abstract

In einer Einspritzvorrichtung gemäß der Erfindung öffnet ein Dreiwegeventil (8), das durch ein Piezobetätigungsglied (2) angetrieben wird, Kommunikationen zwischen einer Steuerungskammer (15) zum Öffnen und Schließen einer Düsennadel (13) und einem Common-Rail (3) und einem Rückkehrflussweg (43). Eine ECU (5) verlangsamt die Anstiegsgeschwindigkeit einer an das Piezobetätigungsglied (2) angelegten Spannung gegenüber der während einer normalen Einspritzansteuerung, wenn anhand der Betriebsbedingungen einer Brennkraftmaschine bestimmt wird, dass Druckverringerungsbedingungen des Common-Rail (3) erfüllt sind, so dass eine ineffektive Einspritzperiode, innerhalb der die Düsennadel (13) geöffnet wird, länger als während einer normalen Einspritzansteuerung ist, um eine Leerlaufeinspritzansteuerung auszuführen, in der das Ventil zum Öffnen innerhalb einer Zeitdauer angesteuert wird, die kürzer als die verlängerte ineffektive Einspritzperiode ist, um zu ermöglichen, dass Hochdruckkraftstoff zu dem Rückkehrflussweg (43) zurückkehrt, wodurch die Druckverringerungssteuerung des Common-Rail (3) ausgeführt wird.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG 1. Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Einspritzsystem der Common- Rail-Bauart für eine Brennkraftmaschine und genauer einen Druckverringerungsmechanismus für ein Kraftstoffein spritzsystem, das eine piezoelektrische Einspritzvorrich tung anwendet.

2. Beschreibung des Stands der Technik

In einem Kraftstoffeinspritzsystem der Common-Rail-Bauart für eine Dieselbrennkraftmaschine ist ein Akkumulator (ein Common-Rail) für die jeweiligen Zylinder der Brenn kraftmaschine gemeinsam zur Akkumulierung von Kraftstoff mit hohem Druck vorgesehen, der diesen unter Druck aus einer Hochdruckpumpe zugeführt wird. In diesem System wird die Menge des zu dem Common-Rail unter Druck von der Hochdruckpumpe zuzuführenden Kraftstoffs entsprechend den Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine geregelt, die durch den Kraftstoffdruck in dem Common-Rail, der Kühl mitteltemperatur, Brennkraftmaschinendrehzahlen und der gleichen definiert sind, und der Kraftstoffdruck in dem Common-Rail wird auf einen Solldruck geregelt. Zusätzlich wird eine einzuspritzende Kraftstoffmenge auf der Grund lage der Betriebsbedingung der Brennkraftmaschinen be rechnet, so dass Kraftstoff in die jeweiligen Zylinder der Brennkraftmaschine aus Einspritzvorrichtungen zu vor bestimmten Zeitverläufen eingespritzt wird. Falls dies ohne genauen Kraftstoffeinspritzdruck (Druck des Kraft stoffs in dem Common-Rail) auftritt, werden die Kraft stoffersparnis und das Abgasreinigungsleistungsvermögen verschlechtert, und Dieselklopfen, Geräusche und derglei chen werden erzeugt. Um dies zu vermeiden, wurde ein Ein spritzsystem vorgeschlagen, das mit einer Einrichtung zum Regeln des Kraftstoffeinspritzdrucks versehen ist, wie das in der Japanischen Offenlegungsschrift (Kokai) Nr. 2-191865 offenbarte.

Beim Regeln des Common-Rail-Drucks wird normalerweise zur Erhöhung des Drucks die zu dem Common-Rail unter Druck zuzuführende Kraftstoffmenge erhöht, wohingegen zum Ver ringern des Drucks die zu dem Common-Rail unter Druck zu zuführende Kraftstoffmenge verringert wird, oder das Zu führen von Kraftstoff zu dem Common-Rail unter Druck ge stoppt wird. Jedoch wird in dem Fall, wenn beispielsweise das Beschleunigungspedal erneut betätigt wird, nachdem die Fahrzeuggeschwindigkeit drastisch verringert worden ist, oder in einem Fall, wenn die Brennkraftmaschine er neut gestartet wird, unmittelbar nachdem sie gestoppt hat, der Druck in dem Common-Rail nicht auf den Solldruck verringert, da das Einspritzen von Kraftstoff aufgehört hat und kein Kraftstoff verbraucht wird, weshalb Kraft stoff zu einem Druck eingespritzt wird, der höher als der Solldruck ist, wenn das Beschleunigungspedal betätigt wird oder wenn die Brennkraftmaschine erneut gestartet wird. Da dies die vorstehend beschriebenen Probleme ver ursacht, wird bei dem in der japanischen Offenlegungs schrift (Kokai) Nr. 2-191865 offenbarten Einspritzsystem der Druck durch Implementierung eines "Leerlaufeinspritzens" (idle injection) verringert, bei dem ein elektromagnetisches Ventil zum Öffnen und Schlie ßen einer Einspritzvorrichtung für eine Zeitdauer ange trieben wird, die kürzer als eine Verzögerungszeit (eine ineffektive Einspritzperiode) von dem Öffnen des elektro magnetischen Ventils bis zu dem Öffnen einer Einspritz öffnung durch eine Düsennadel ist. Da Kraftstoff mit ho hem Druck in dem Common-Rail zu einer Niedrigdruckseite zurückkehrt, wenn das elektromagnetische Ventil geöffnet wird, kann der Druck in dem Common-Rail schnell verrin gert werden, ohne dass ein Kraftstoffeinspritzen durchge führt wird.

Demgegenüber werden durch Solenoide angetriebene Ein spritzvorrichtungen wie eine Einspritzvorrichtung, die in dem in der Japanischen Offenlegungsschrift (Kokai) Nr. 2-191865 offenbarten Einspritzsystem verwendet wird, als Einspritzvorrichtungen verwendet, jedoch wurde in den letzten Jahren versucht, die durch Solenoide angetriebene Einspritzvorrichtungen durch piezoangetriebene Einspritz vorrichtungen zu ersetzen, die im Ansprechverhalten über legen sind. Bei der piezoangetriebenen Einspritzvorrich tung wird das Öffnen und Schließen der Einspritzvorrich tung durch ein Piezoventil durchgeführt, das eine piezo elektrische Vorrichtung anwendet, die sich bei Anlegen einer Spannung ausdehnt (expandiert) und zusammenzieht (kontrahiert), und dementsprechend wird eine Verbesserung der Steuerbarkeit des Kraftstoffeinspritzens erwartet, da ein Ventilelement durch schnelles Erzeugen einer Expansi ons- oder Kontraktionsgröße entsprechend einer derartig angelegten Spannung angetrieben werden kann.

Bei der piezoangetriebenen Einspritzvorrichtung war es jedoch schwierig, die Druckverringerungssteuerung durch die "Leerlaufeinspritzung" durchzuführen, wie es in dem vorstehend beschriebenen herkömmlichen Einspritzsystem durchgeführt wurde. Bei der solenoidangetriebenen Ein spritzvorrichtung ist nämlich die ineffektive Einspritz periode etwa 400 µs, was lang ist, und das Solenoidventil wurde lediglich zum Öffnen oder Schließen innerhalb einer Zeitperiode von beispielsweise 300 µs angetrieben, wohin gegen bei der piezoangetriebenen Einspritzvorrichtung aufgrund des schnellen Ansprechens, das eine ihrer Eigen schaften ist, die ineffektive Einspritzperiode bei weitem kürzer als die der solenoidangetriebenen Einspritzvor richtung ist. Daher war es mit der piezoangetriebenen Einspritzvorrichtung schwierig, die "Leerlaufeinspritzung" zu verwirklichen, in der das Pie zoventil innerhalb einer Zeitperiode angetrieben wird, die kürzer als die ineffektive Einspritzperiode ist.

Folglich ist es in dem piezoangetriebenen Kraftstoffein spritzsystem bekannt, dass die Kraftstoffverringerungs steuerung mit einem Kraftstoffverringerungsventil durch geführt wird, das in dem Common-Rail ausschließlich für diesen Zweck vorgesehen ist, wodurch vermieden wird, dass der Druck in dem Common-Rail einen Sollwert überschrei tet, indem das Druckverringerungsventil wie erforderlich geöffnet oder geschlossen wird. Bei diesem Verfahren sind jedoch das ausschließliche Druckverringerungsventil und eine Steuerungsschaltung zur Steuerung des Ventils erfor derlich, was zu einer Erhöhung der Anzahl der involvier ten Komponenten führt. Dies führt wiederum zu Problemen hinsichtlich einer Vergrößerung des Systems und einem An stieg der Herstellungskosten des Systems.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die Erfindung wurde im Hinblick auf die vorstehend be schriebene Situation ausgeführt, und eine Aufgabe besteht darin, ein eine Piezoeinspritzvorrichtung anwendendes Kraftstoffeinspritzsystem bereitzustellen, bei dem eine Kompatibilität des schnellen Ansprechens zu dem Zeitpunkt eines normalen Einspritzens und die Steuerbarkeit zu dem Zeitpunkt der Verringerung des Drucks verwirklicht wer den kann, ohne dass eine Vergrößerung des Systems und ein Anstieg bei den Herstellungskosten davon verursacht wird.

Gemäß einer ersten Ausgestaltung der Erfindung wird ein Kraftstoffeinspritzsystem für eine Brennkraftmaschine ge schaffen mit einem Akkumulator zum Akkumulieren von Hoch druckkraftstoff, das unter Druck aus einer Hochdruckpumpe zugeführt wird, piezoangetriebenen Einspritzvorrichtungen zum Einspritzen des Hochdruckkraftstoffs in dem Akkumula tor in Zylinder der Brennkraftmaschine und einer Steue rungseinheit zur Steuerung der Ansteuerung der Hochdruck pumpe und der Einspritzvorrichtungen entsprechend den Be triebsbedingungen der Brennkraftmaschine.

Die Einspritzvorrichtung weist eine Düsennadel zum Öffnen einer Einspritzöffnung, eine Steuerungskammer zum Beauf schlagen des Drucks des aus dem Akkumulator zugeführten Kraftstoffs auf die Düsennadel, ein Steuerungsventil zur Erhöhung oder Verringerung des Drucks in der Steuerungs kammer durch Öffnen oder Schließen einer Kommunikation zwischen der Steuerungskammer und einem Rückkehrflussweg sowie einen Piezoantriebsabschnitt auf, der angepasst ist, zu expandieren, um das Steuerungsventil zum Öffnen anzutreiben, wenn eine vorbestimmte Spannung daran ange legt wird, und zu kontrahieren, um das Steuerungsventil zum Schließen anzutreiben, wenn die auf diese Weise auf geladene Spannung daraus entladen wird, wodurch die Dü sennadel öffnet, um den aus dem Akkumulator zugeführten Kraftstoff einzuspritzen, wenn das Steuerungsventil ange trieben wird.

Die Steuerungseinheit weist eine Druckverringerungsbe stimmungseinrichtung zur Bestimmung auf der Grundlage der Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine, ob Druckver ringerungsbedingungen zur Verringerung des Kraftstoff drucks in dem Akkumulator erfüllt sind oder nicht, eine Ineffektiveinspritzperioden-Variierungseinrichtung zur Verlängerung einer von der Ansteuerung des Steuerungsven tils bis zu dem Öffnen der Düsennadel andauernden inef fektiven Einspritzperiode auf eine längere Zeit als die während der normalen Einspritzansteuerung, wenn die Druckverringerungsbestimmungseinrichtung bestimmt, dass die Druckverringerungsbedingungen erfüllt sind, indem die Anstiegsgeschwindigkeit der an den Piezoantriebsabschnitt angelegten Spannung gegenüber der während einer normalen Einspritzansteuerung verlangsamt wird oder indem sowohl die Anstiegsgeschwindigkeit der angelegten Spannung als auch die Abfallgeschwindigkeit verlangsamt wird, und eine Druckverringerungseinrichtung auf, die zum Öffnen des Steuerungsventils innerhalb einer Zeitperiode ansteuert, die kürzer als die verlängerte ineffektive Einspritzperi ode ist, wenn die Einspritzperiodenvariierungseinrichtung betätigt wird, um zu ermöglichen, dass der Hochdruck kraftstoff in dem Akkumulator zu dem Rückkehrflussweg zu rückkehrt, indem eine Leerlaufeinspritzansteuerung derart ausgeführt wird, dass der Kraftstoffdruck in dem Akkumu lator verringert wird.

Bei dem Aufbau gemäß der ersten Ausgestaltung der Erfin dung kann, selbst falls die piezoangetriebene Einspritz vorrichtung mit überlegenem Ansprechen angewandt wird, das Steuerungsventil zum Öffnen innerhalb der ineffekti ven Einspritzperiode angesteuert werden, indem einge stellt wird, dass die ineffektive Einspritzperiode ledig lich während der Leerlaufeinspritzansteuerung verlängert wird. Genauer verringert die Ineffektiveinspritzperioden- Variierungseinrichtung (Einrichtung zur Variation der in effektiven Einspritzperiode) bei Anlegen Spannung an den Piezoantriebsabschnitt die Spannungsanstiegsgeschwindig keit derart, dass die Zeitdauer, wenn das Steuerungsven til tatsächlich geöffnet wird, kürzer als während der normalen Einspritzansteuerung ist, wodurch vermieden wird, dass der Druck in der Steuerungskammer auf einen Druck verringert wird, bei dem die Einspritzung initiiert wird. In ähnlicher Weise kann die ineffektive Einspritz periode ebenfalls in einem Fall verlängert werden, indem sowohl die Anstiegsgeschwindigkeit der Spannung, wenn die Spannung geladen wird, und die Abfallgeschwindigkeit der Spannung, wenn die Spannung entladen wird, verringert werden. Somit zeigt sich ein überlegenes Ansprechen mit der kurzen ineffektiven Einspritzperiode während der nor malen Einspritzansteuerung, wohingegen, wenn eine Verrin gerung in dem Druck erforderlich ist, die ineffektive Einspritzperiode verlängert wird, um eine Druckverringe rungssteuerung durch eine Leerlaufeinspritzansteuerung durchzuführen, um die Erzeugung von Störungen oder der gleichen zu vermeiden. Zusätzlich kann die Notwendigkeit für das Druckverringerungsventil, bei dem es sich um ein getrenntes Teil handelt, beseitigt werden, wodurch die Vergrößerung des Systems als auch ein Anstieg bei den Produktionskosten davon verringert werden kann.

Gemäß einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung wird ein Kraftstoffeinspritzsystem für eine Brennkraftmaschine wie in der ersten Ausgestaltung der Erfindung dargelegt ge schaffen, wobei die Ineffektiveinspritzperioden- Variierungseinrichtung die Anstiegsgeschwindigkeit oder die Abfallgeschwindigkeit der an dem Piezoantriebsab schnitt angelegten Spannung durch Variieren derart ver ringert, dass die Größe des dem Piezoantriebsabschnitt zugeführten Stroms gegenüber dem während der normalen Einspritzansteuerung verkleinert wird, und derart, dass Intervalle, zu denen der Piezoantriebsabschnitt erregt wird, gegenüber denen während der normalen Einspritzan steuerung verlängert werden.

Beispielsweise wird in dem Mehrfachschaltverfahren (plural switching method) die Expansionsgeschwindigkeit oder Kontraktionsgeschwindigkeit des Piezoantriebsab schnitts verringert, falls die gleichzeitig geführte Stromgröße gegenüber der während der normalen Einspritz ansteuerung gemacht wird, wodurch die Anstiegsgeschwin digkeit oder die Abfallgeschwindigkeit der Spannung ver ringert wird. In ähnlicher Weise kann die Anstiegsge schwindigkeit oder Abfallgeschwindigkeit der Spannung verringert werden, selbst in einem Fall, wenn die gleich zeitig zugeführte Stromgröße gleich der während der nor malen Einspritzansteuerung eingestellt ist, so dass die Intervalle der Erregung des Piezoantriebsabschnitts ver größert werden, da die Expansionsgeschwindigkeit oder die Kontraktionsgeschwindigkeit des Piezoantriebsabschnitts verringert ist.

Gemäß einer dritten Ausgestaltung der Erfindung wird ein Kraftstoffeinspritzsystem für eine Brennkraftmaschine wie in der ersten oder der zweiten Ausgestaltung der Erfin dung dargelegt geschaffen, wobei die Düsennadel in der Einspritzvorrichtung einem Druck in eine Richtung zum Öffnen des Ventils durch aus dem Akkumulator zugeführten Kraftstoff als auch einem Druck in eine Richtung zum Schließen des Ventils durch Kraftstoff in der Steuerungs kammer unterzogen wird, wodurch, wenn eine Kommunikation zwischen der Steuerungskammer und dem Rückkehrflussweg durch Ansteuerung zum Öffnen des Steuerungsventils die Düsennadel geöffnet wird, wenn der Druck in der Steue rungskammer verringert wird.

Genauer ist bei dem Aufbau gemäß der dritten Ausgestal tung der Erfindung die Steuerungskammer derart aufgebaut, dass sie einen Gegendruck auf die Düsennadel ausübt. In dem vorstehend beschriebenen Aufbau wird in einem Zu stand, in dem das Steuerungsventil geöffnet ist, die Kom munikation zwischen dem Steuerungsventil und dem Rück kehrflussweg abgeschnitten, und wird die Düsennadel mit tels des Drucks in der Steuerungskammer geschlossen. Dann wird, wenn das Steuerungsventil geöffnet wird, der Druck in der Steuerungskammer verringert, und wenn der Steue rungskammerdruck auf den oder niedriger als der Druck verringert wird, bei dem die Einspritzung initiiert wird, beginnt ein Anheben der Düsennadel, um Kraftstoff einzu spritzen. Wenn dies auftritt, wird, wenn die Steuerungs einheit eine Einstellung derart ausführt, dass die Expan sionsgeschwindigkeit des Piezoantriebsabschnitts verrin gert wird, die Zeitdauer, die von dem Öffnen des Steue rungsventils bis zu der Verringerung des Drucks in der Steuerungskammer auf oder unter dem Einspritzinitiie rungsdruck andauert, verlängert, wodurch die ineffektive Einspritzperiode verlängert werden kann.

Die Erfindung ist nachstehend ausführlicher anhand der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Be zugnahme auf die beiliegende Zeichnung beschrieben.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1A eine Darstellung des Gesamtaufbaus eines Kraft stoffeinspritzsystems gemäß einem ersten Ausführungsbei spiel der Erfindung,

Fig. 1B eine Querschnittsansicht, die den schematischen Aufbau der Einspritzvorrichtung darstellt,

Fig. 2 ein Blockschaltbild der Steuerung durch eine ECU (elektronische Steuerungseinheit),

Fig. 3 Zeitverläufe zur Beschreibung der Zeit, wenn die Einspritzansteuerung ausgeführt wird, und der Zeit, wenn die Leerlaufeinspritzungsansteuerung durchgeführt wird, sowie der Betrieb der Einspritzvorrichtung,

Fig. 4 ein Diagramm, das das Verhältnis zwischen der Ein spritzimpulsbreite und einer Einspritzmenge darstellt,

Fig. 5 Zeitverläufe, die ein Beispiel der Steuerung durch die ECU darstellen,

Fig. 6 ein Schaltbild zur Ansteuerung der Einspritzvor richtung, und

Fig. 7 Zeitverläufe, die ein weiteres Beispiel für die Steuerung durch die ECU darstellen.

BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Nachstehend ist ein Ausführungsbeispiel beschrieben, ge mäß dem die Erfindung auf ein Kraftstoffeinspritzsystem der Common-Rail-Bauart für eine Mehr-Zylinder- Dieselbrennkraftmaschine (die nachstehend als Brennkraft maschine bezeichnet wird) angewandt ist. Fig. 1A zeigt eine Darstellung des Gesamtaufbaus des Kraftstoffein spritzsystems der Common-Rail-Bauart mit einer Vielzahl piezoangetriebener Einspritzvorrichtungen 1 (wobei ledig lich eine von diesen in der Figur dargestellt ist) zum Einspritzen von Kraftstoff in jeweilige Zylinder der Brennkraftmaschine, einem Common-Rail 3 als ein Akkumula tor zum Akkumulieren von Kraftstoff unter Druck, der den jeweiligen Einspritzvorrichtungen 1 zugeführt wird, einer Hochdruckpumpe 6 zum Zuführen von Hochdruckkraftstoff un ter Druck zu dem Common-Rail 3 und eine elektronische Steuerungseinheit (die nachstehend als ECU bezeichnet ist) 5 als Steuerungseinheit zur Steuerung der Einspritz vorrichtungen 1, des Common-Rails 3 und der Hochdruckpum pe 6. Die Einspritzvorrichtung 1 ist mit dem Common-Rail 3 und einem Kraftstofftank 7 jeweils über eine Hochdruck leitung 31 und eine Rückkehrleitung 41 verbunden. Zusätz lich ist das Common-Rail 3 mit der Hochdruckpumpe 6 und dem Kraftstofftank 7 jeweils über eine Hochdruckleitung 32 und die Rückkehrleitung 42 verbunden.

Fig. 1B zeigt den ausführlichen Aufbau der Einspritzvor richtung 1. Eine Düsennadel 13 ist verschiebbar in einem Zylinder 12 untergebracht, der in einer unteren Hälfte eines Gehäuses 11 der Einspritzvorrichtung 1 vorgesehen ist, und wenn sich die Düsennadel 13 aufwärts bewegt, wird eine Einspritzöffnung 14 in einem unteren Ende des Gehäuses 11 geöffnet, so dass ermöglicht wird, dass Kraftstoff eingespritzt wird. Eine Steuerungskammer 15 ist in einem oberen Endabschnitt des Zylinders 17 ausge bildet, um Druck auf die Düsennadel 13 in einer Richtung zum Schließen des Ventils auszuüben, und die Düsennadel 13 steigt und fällt innerhalb des Zylinders 12, wenn der Druck in der Steuerungskammer 15 ansteigt oder sich ver ringert. Zusätzlich ist eine Feder 17 in der Steuerungs kammer 15 zum Vorspannen der Düsennadel 13 in die Rich tung zum Schließen des Ventils vorgesehen. Der Durchmes ser der unteren Hälfte der Düsennadel 13 ist leicht ver ringert, um einen ringförmigen Freiraum zwischen dem Zy linder 12 und sich selbst auszubilden, der als Kraft stoffreservoir 16 dient, und die Düsennadel 16 wird durch Kraftstoff in dem Kraftstoffreservoir einem Druck in ei ner Richtung zum Öffnen des Ventils ausgesetzt. Das Kraftstoffreservoir 16 kommuniziert mit einem Hochdruck durchlass 33, der mit der Hochdruckleitung 31 verbunden ist, wodurch Kraftstoff der Einspritzöffnung 14 zugeführt wird.

Ein Dreiwegeventil 8 ist in einem mittleren Abschnitt des Gehäuses 11 zur Erhöhung und Verringerung des Öldrucks innerhalb der Steuerungskammer 15 vorgesehen. In dem Dreiwegeventil 8 ist ein kugelähnliches Ventilelement 84 in einer Ventilkammer 83 vorgesehen, die einen Niedrig druckanschluss 81 in einem oberen Endabschnitt davon und einen Hochdruckanschluss 82 in einem unteren Endabschnitt davon aufweist, und die Ventilkammer 83 kommuniziert stets mit der Steuerungskammer 15 über einen Kommunizie rungspfad 85. Der Niedrigdruckanschluss 81 kommuniziert mit einem Niedrigdruckdurchfluss 43, der mit der Rück kehrleitung 41 verbunden ist, und der Hochdruckanschluss 82 kommuniziert mit dem Hochdruckdurchfluss 33, wodurch ermöglicht wird, dass die Steuerungskammer 15 entweder mit dem Niedrigdruckdurchfluss 43 oder dem Hochdruck durchfluss 33 kommuniziert, indem Sitzpositionen des Ven tilelements 84 umgeschaltet werden. Wenn nämlich das Ven tilelement 84 auf einen oberen Niedrigdrucksitz 81a zum Schließen des Niedrigdruckanschlusses 81 gesetzt wird, wird der Druck in der Steuerungskammer 15 erhöht, indem dorthinein Hochdruckkraftstoff aus dem Hochdruckdurch fluss 33 über die Ventilkammer 83 fließt, wohingegen, wenn das Ventilelement 84 auf einem unteren Niedrigdruck sitz 82a zum Schließen des Hochdruckanschlusses 82 ge setzt wird, Kraftstoff zu dem Niedrigdruckdurchlass 43 aus der Steuerungskammer 15 zurückkehrt, wodurch der Druck in der Steuerungskammer 15 verringert wird.

Das Dreiwegeventil 8 wird durch ein Piezobetätigungsglied 2 angetrieben, das als Piezoantriebsabschnitt dient, der in einer oberen Hälfte des Gehäuses 11 untergebracht ist. Das Piezobetätigungsglied 2 weist einen Piezostapel 21, der durch eine Anzahl geschichteter plattenähnlicher pie zoelektrischer Körper aufgebaut ist, und einen Piezokol ben 22 auf, der derart in eine Position gebracht ist, dass er mit einer unteren Endoberfläche des Piezostapels 21 anstößt, um in einem Zylinder 25 zu gleiten. Der Pie zostapel 21 ist angepasst, zu expandieren, wenn elektri sche Ladung injiziert wird, und zu kontrahieren, wenn die auf diese Weise eingespritzte elektrische Ladung entfernt wird, und ist mit der ECU 5 über einen Leitungsdraht 26 verbunden, der von einem oberen Ende davon aus verläuft. Der Piezokolben 22 weist einen Stab 23 auf, der von einer unteren Endoberfläche davon vorspringt, und der Stab 23 treibt das Ventilelement 84 des Dreiwegeventils 8 an, wenn der Piezokolben 22 zusammen mit dem Piezostapel 21 sich hin- und herbewegt, wenn der Piezostapel 21 expan diert oder kontrahiert. Fig. 1B zeigt einen anfänglichen Zustand, in dem der Piezostapel 21 kontrahiert und das Ventilelement 84 zusammen mit dem Piezokolben 22 an steigt, um den Niedrigdruckanschluss 81 zu schließen, und in dem anfänglichen Zustand sind die Düsennadel 13 auf grund des Drucks in der Steuerungskammer 15 und der Vor spannkraft der Feder 17, wodurch die Einspritzvorrichtung 1 in einen geschlossenen Zustand gebracht wird. Zusätz lich ist eine konische Scheibenfeder 24 um den Stab 23 vorgesehen, um den Piezokolben 22 und den Piezostapel 21 aufwärts (in eine Kontraktionsrichtung) vorzuspannen.

Wie es in Fig. 1A gezeigt ist, weist die ECU 5, die eine Steuerungseinheit ist, eine CPU (zentrale Verarbeitungs einheit) zur Ausführung eines Programms zur Steuerung der Brennkraftmaschine und eine Steuerungseinrichtung (einer Steuerungsschaltung) zum Antrieb des Piezobetätigungs glieds 2, der Hochdruckpumpe 6 und dergleichen entspre chend einem Befehl aus der CPU auf. Signale werden der CPU aus verschiedenen (nicht gezeigt) Sensoren zugeführt, um einen Kurbelwellenrotationswinkel, eine Brennkraftma schinendrehzahl, eine Beschleunigungspedalöffnung, Kühl mitteltemperatur und einen Common-Rail-Druck zu erfassen, und die CPU erfasst die Betriebsbedingungen der Brenn kraftmaschine auf der Grundlage von Signalen aus diesen Sensoren. Dann berechnet die CPU einen Solldruck für das Common-Rail 3, der einen optimalen Verbrennungszustand für die Brennkraftmaschine bereitstellen kann, und führt eine Regelung durch Ausgabe eines Befehlsignals zu der Hochdruckpumpe 6 aus, um Kraftstoff unter Druck zu sen den.

Demgegenüber steuert die ECU 5 die Einspritzvorrichtung 1 zu einem vorbestimmten Zeitverlauf an, um die Einsprit zung von Kraftstoff in die Brennkraftmaschine auf der Grundlage der wie vorstehend beschriebenen erfassten Be triebsbedingungen zu steuern, und führt die Druckverrin gerungssteuerung des Common-Rail-Drucks durch Ansteuerung der Einspritzvorrichtung 1 zur Durchführung einer Leer laufeinspritzung durch. In Fig. 2 ist ein Steuerungs blockschaltbild zur Ansteuerung der Einspritzvorrichtung 1 gezeigt. In der CPU sind eine Einspritzmengen- und Zeitverlaufsberechnungsschaltung zur Berechnung der Soll kraftstoffeinspritzgröße und des Einspritzzeitverlaufs während der normalen Einspritzansteuerung sowie eine Kraftstoffverringerungsbestimmungsschaltung vorgesehen, die als Druckverringerungsbestimmungseinrichtung zur Be stimmung, ob vorbestimmte Druckverringerungsbedingungen zur Verringerung des Common-Rail-Drucks erfüllt sind oder nicht, und zur Ausgabe eines Leerlaufeinspritzungssignals dient, wenn die Druckverringerungsbedingungen erfüllt sind. Die Bestimmung der Druckverringerung wird auf der Grundlage der Sollkraftstoffeinspritzmenge und dem Ist- Common-Rail-Druck bei beispielsweise einer abrupten Ver langsamung durchgeführt, und es wird bestimmt, dass die Druckverringerungsbedingungen erfüllt sind, wenn die durch die Einspritzmengen- und Zeitverlaufsberechnungs schaltung berechnete Sollkraftstoffeinspritzmenge Null oder niedriger ist und der Ist-Common-Rail-Druck höher als ein Soll-Common-Rail-Druck ist.

Wenn ein Einspritzsignal aus der CPU zu einem vorbestimm ten Zeitverlauf ausgegeben wird, wird die vorbestimmte Einspritzvorrichtung 1 durch eine Einspritzventilerre gungsverarbeitungsschaltung der Steuerungseinrichtung er regt, wodurch Kraftstoff in den entsprechenden Zylinder der Brennkraftmaschine eingespritzt wird. Eine Kraft stoffanstiegs-/Abfallzeitvariierungsschaltung der Steue rungseinrichtung ist eingerichtet, eine erforderliche Zeitdauer von dem Zeitpunkt, wenn das Piezobetätigungs glied 2 der Einspritzvorrichtung 1 geladen wird, bis zu dem Zeitpunkt einzustellen, wenn eine vorbestimmte Span nung erreicht wird, sowie eine erforderliche Zeit von dem Zeitpunkt, wenn die Entladung (das Absenken) der Spannung von der auf diese Weise erreichten vorbestimmten Spannung initiiert wird, bis zu dem Zeitpunkt, wenn die Entladung (das Absenken) der Spannung abgeschlossen ist, einzustel len. Während der normalen Einspritzansteuerung sind diese Anstiegs-/Abfallzeiten so kurz wie möglich eingestellt, so dass eine ineffektive Einspritzperiode von dem Antrieb des Piezobetätigungsglieds 2 bis zu dem Öffnen der Düsen nadel 13 verringert wird, um dadurch die Kraftstoffein spritzung schnell durchzuführen. Die Einspritzventilerre gungsverarbeitungsschaltung initiiert ein Aufladen oder Entladen entsprechend dem Einspritzungssignal und steuert die Einspritzvorrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff durch Steuerung der Erregung des Piezobetätigungsglieds 2 derart an, dass das Aufladen oder Entladen innerhalb der durch die Spannungsanstiegs-/-ab fallzeitvariierungsschaltung eingestellten Zeit abge schlossen wird.

Wenn demgegenüber ein Leerlaufeinspritzsignal aus der Druckverringerungsbestimmungseinrichtung ausgegeben wird, macht die Spannungsanstiegs-/-ab fallzeitvariierungsschaltung der Steuerungseinrichtung die Zeit, die erforderlich ist, bis die aufgeladene Span nung des Piezobetätigungsglieds 2 auf eine vorbestimmte Spannung ansteigt, oder sowohl die Anstiegszeit der auf geladenen Spannung als auch eine Abstiegszeit, die zum Entladen der angelegten Spannung erforderlich ist, lang samer als während einer normalen Einspritzansteuerung. Dadurch wird die ineffektive Einspritzperiode von dem Zeitpunkt der Ansteuerung des Piezobetätigungsglieds 2 bis zu dem Zeitpunkt des Öffnens der Düsennadel 13 länger als während der normalen Einspritzansteuerung gemacht, wodurch ermöglicht wird, eine Leerlaufeinspritzung durch zuführen, bei der die Einspritzvorrichtung innerhalb ei ner Zeitdauer erregt und angetrieben wird, die kürzer als die ineffektive Einspritzperiode ist. Die Einspritzven tilerregungsverarbeitungsschaltung initiiert ein Aufladen oder Entladen entsprechend dem Leerlaufeinspritzsignal und steuert die Einspritzvorrichtung 1 für die Leerlauf einspritzung durch Steuerung der Erregung des Piezobetä tigungsglieds 2 derart an, dass das Aufladen oder Entla den innerhalb der variierten eingestellten Anstiegs- /Abfallzeit abgeschlossen ist. Wenn dies auftritt, er zeugt die Spannungsanstiegsabfallzeitvariierungsschaltung die ineffektive Einspritzperiode zur Verlängerung der in effektiven Einspritzperiode länger als während der norma len Einspritzansteuerung, und die Einspritzventilerre gungsverarbeitungsschaltung bildet die Druckverringe rungseinrichtung zur Verringerung des Common-Rail-Drucks durch Durchführung einer Leerlaufeinspritzung innerhalb der Zeitperiode, die kürzer als die verlängerte ineffek tive Einspritzperiode ist, so dass ermöglicht wird, dass Hochdruckkraftstoff in dem Common-Rail 3 zu dem Rückkehr flusspfad 43 fließen kann. Diese Steuerung ist nachste hend ausführlicher beschrieben.

Zusätzlich soll eine Fehlererfassungsschaltung der Steue rungseinrichtung die Anormalität des Piezobetätigungs glieds 2 erfassen und ist aufgebaut, um die aufgeladene Spannung des Piezobetätigungsglieds 2 zu erfassen und ein Anormalitätssignal auszugeben, wenn die an das Piezobetä tigungsglied 2 angelegte Spannung eine vorbestimmte Span nung nicht erreicht, selbst nachdem eine gewisse Zeitdau er seit Laden des Piezobetätigungsglieds 2 verstrichen ist, oder wenn die angelegte Spannung nicht Null wird, selbst nachdem eine gewisse Zeit nach dem Entladen ver strichen ist.

Der Betrieb während der normalen Einspritzsteuerung der Einspritzvorrichtung gemäß Fig. 1 ist nachstehend unter Bezugnahme auf Fig. 3 beschrieben (abwechselnd lang- und kurzgestrichelte Linie). Gemäß Fig. 1A fließt der aus dem Common-Rail 3 über die Hochdruckleitung 31 der Piezoein spritzvorrichtung 1 zugeführte Hochdruckkraftstoff in das Kraftstoffreservoir 16 über den Hochdruckflusspfad 33. Zu dem Zeitpunkt, wenn dies auftritt, fließt der Hochdruck kraftstoff in den Hochdruckanschluss 82 des Dreiwegeven tils 8, das mit dem Hochdruckflusspfad 33 kommuniziert. Wenn keine Spannung an das Piezobetätigungsglied 2 ange legt ist (beispielsweise vor einem Zeitpunkt A gemäß Fig. 3), stößt das Ventilelement 84 des Dreiwegeventils 8 ge gen den Niederdrucksitz 81a, und der Hochdruckanschluss 82 ist geöffnet (ein in Fig. 1B gezeigter Zustand), wo durch der Hochdruckkraftstoff in die Steuerungskammer 15 aus dem Hochdruckanschluss 82 über die Ventilkammer 83 und den Kommunizierungspfad 85 fließt, wobei der Druck in der Steuerungskammer 15 hoch wird. In diesem Zustand hebt sich die Düsennadel nicht ab und ist die Einspritzöffnung 14 geschlossen, um in dem geschlossenen Zustand zu verbleiben, da die auf die Düsennadel 13 in Richtung zum Schließen des Ventils ausgeübte Kraft (der Druck in der Steuerungskammer 15 und der Vorspannkraft der Feder 17) größer als die auf die Düsennadel 13 in Richtung zum Öff nen des Ventils ausgeübte Kraft (der Kraftstoffdruck in dem Kraftstoffreservoir 16) größer ist. Deshalb wird kein Kraftstoff in den Zylinder der Brennkraftmaschine einge spritzt.

Wenn das Anlegen der Spannung an das Piezobetätigungs glied 2 durch ein Einspritzsignal (beispielsweise ein rechteckförmiges Impulssignal) aus der ECU 5 initiiert wird (ein Zeitpunkt A gemäß Fig. 3), expandiert der Pie zostapel 21 mit Anstieg der Piezospannung, und der Piezo kolben 22 senkt sich ab, um das Ventilelement 84 des Dreiwegeventils 8 nach unten zu bewegen. Wenn dies auf tritt, bewegt sich, wie es durch die abwechselnd lang- und kurzgestrichelte Linie in Fig. 3 dargestellt ist, das Ventilelement 84 zunächst weg von dem oberen Unterdruck sitz 81a, um den Niederdruckanschluss 81 zu öffnen, und dann wird das Ventilelement 84 auf den unteren Hochdruck anschluss 82a gesetzt, um den Hochdruckanschluss 82 zu schließen. Dann, wenn der Hochdruckkraftstoff aus dem Niederdruckanschluss 81 zu dem Niederdruckdurchfluss 83 fließt, verringert sich der Druck in dem Steuerungsventil 15 allmählich, und wenn der Kraftstoffdruck in Richtung zum Öffnen des Ventils in dem Kraftstoffreservoir 16 die Kraft in Richtung zum Schließen des Ventils durch die Steuerungskammer 15 und die Feder 17 überschreitet, be ginnt die Düsennadel 13 sich abzuheben (Zeitpunkt B in Fig. 3). Die Einspritzvorrichtung 1 wird nämlich in den Ventilöffnungszustand gebracht, wodurch Kraftstoff in den Zylinder der Brennkraftmaschine eingespritzt wird, indem eine Kommunikation zwischen dem Kraftstoffreservoir 6 und der Einspritzöffnung 14 hergestellt wird.

Danach, wenn die an das Piezobetätigungsglied 2 durch die ECU 5 angelegte Spannung entladen wird, kontrahiert der Piezostapel 21 zu dem Zeitpunkt D gemäß Fig. 3, und der Piezokolben 22 und das Ventilelement 84 des Dreiwegeven tils steigen an. Dann bewegt sich das Ventilelement 84 von dem unteren Niederdrucksitz 81a weg, um den Hoch druckanschluss 81 zu öffnen, wodurch der Hochdruckkraft stoff beginnt, erneut in die Steuerungskammer 15 zu flie ßen, wobei der Druck in der Steuerungskammer 15 allmäh lich ansteigt. Dann, wenn die Kraft in Richtung zum Schließen des Ventils durch die Steuerungskammer 15 und die Feder 17 den Kraftstoffdruck in Richtung zum Öffnen des Ventils in dem Kraftstoffreservoir 16 überschreitet, beginnt die Düsennadel 13 sich zu senken, um die Ein spritzöffnung 14 zu schließen, wodurch die Einspritzvor richtung 1 zu dem Zustand mit geschlossenem Ventil zu rückkehrt.

Somit ist bei der wie vorstehend beschrieben aufgebauten Einspritzvorrichtung 1 eine vorbestimmte ineffektive Ein spritzperiode (t) von dem Zeitpunkt, wenn die Spannung beginnt, angelegt zu werden, bis zu dem Zeitpunkt erfor derlich, wenn die Düsennadel 13 tatsächlich sich abzuhe ben beginnt. Folglich kann, falls eine Leerlaufeinsprit zung durchgeführt wird, bei der das Ventilelement 84 in nerhalb einer Zeitperiode angesteuert wird, die kürzer als die ineffektive Einspritzperiode (t) ist, der Common- Rail-Druck verringert werden, ohne dass Kraftstoff einge spritzt wird, indem ermöglicht wird, dass der Hochdruck kraftstoff aus dem Common-Rail 3 über die Steuerungskam mer 15 zurückkehrt. Jedoch ist die ineffektive Einspritz periode (t) kürzer als die der herkömmlich elektromagne tisch angetriebenen Einspritzvorrichtung unter den norma len Einspritzansteuerungssteuerungsbedingungen, wie es durch die abwechselnd lang- und kurzgestrichelte Linien in Fig. 4 gezeigt ist, da die piezoangetriebene Ein spritzvorrichtung 1 ein gutes Ansprechen aufweist, wes halb es schwierig ist, eine Leerlaufeinspritzung inner halb des Bereichs der ineffektiven Einspritzperiode (t) durchzuführen, indem das Ventilelement 84 derart ange steuert wird, das es sich zwischen den zwei Positionen hin- und herbewegt.

Um dies zu behandeln, werden erfindungsgemäß durch Steue rung der Erregung des Piezobetätigungsglieds 2 durch die ECU 5 die Einspritzeigenschaften der Einspritzvorrichtung 1 zwischen der Zeit einer normalen Einspritzansteuerung und der Zeit einer Leerlaufeinspritzansteuerung derart variiert, dass eine ineffektive Einspritzperiode (t_k) während einer Leerlaufeinspritzansteuerung länger als ei ne ineffektive Einspritzperiode (t_f) während einer norma len Einspritzansteuerung wird. Genauer kann die ineffek tive Einspritzperiode (t) durch Einstellung der Span nungsanstiegsgeschwindigkeit beim Laden des Piezobetäti gungsglieds 2 und der Spannungsabfallgeschwindigkeit beim Entladen der Spannung aus dem Piezobetätigungsglied 2 un ter Verwendung der Spannungsanstiegs-/-ab fallzeitvariierungsschaltung und der Einspritzventiler regungsverarbeitungsschaltung der ECU 5 eingestellt wer den. Dies ist nachstehend ausführlich beschrieben.

Wie es durch durchgezogene Linien in Fig. 3 dargestellt ist, wird, wenn die Spannungsanstiegszeit derart verlän gert wird, dass die Spannungsanstiegsgeschwindigkeit beim Laden des Piezobetätigungsglieds 2 verzögert wird, wenn die Leerlaufeinspritzsignalimpulsbreite dieselbe wie die Impulsbreite während der Einspritzansteuerung ist, der Zeitverlauf verzögert, zu dem sich das Ventilelement 84 des Dreiwegeventils 8 von dem Niederdrucksitz 81a wegbe wegt, da die Expansionsgeschwindigkeit des Piezostapels 21, d. h. 1 die Abfallgeschwindigkeit des Piezokolbens 22 verzögert ist. Daher ist der Zeitpunkt, zu dem der Druck in der Steuerungskammer 15 zu fallen beginnt, verzögert (zu einem Zeitpunkt C gemäß Fig. 3), und weiterhin wird der Abfall in dem Druck ebenfalls moderat. Folglich wird das Ventilelement 84 auf dem unteren Hochdrucksitz 82a fast mit demselben Zeitverlauf wie bei Initiieren des Entladens gesetzt (zu einem Zeitpunkt D gemäß Fig. 3), und da das Ventilelement 84 erneut ansteigt und der Hoch druckkraftstoff aus dem Hochdruckanschluss 82 herein fließt, besteht keine Gefahr, dass der Druck in der Steu erungskammer 15 unterhalb eines Drucks (eines Einspritz initiierungsdrucks) Po fällt, bei dem die Düsennadel 13 sich zu heben beginnt, weshalb kein Kraftstoff einge spritzt wird. Während dies auftritt, wird der Druck in dem Common-Rail 3 verringert, da der Kraftstoff aus dem Hochdruckanschluss 82 zu dem Niederdruckanschluss 81 zu rückkehrt.

Somit wird, selbst falls die Impulsbreite des Leerlauf einspritzsignals im Wesentlichen so lang wie die Impuls breite während der Einspritzansteuerung ist, die Zeit Tk, wenn das Ventilelement tatsächlich geöffnet wird (die Zeit, wenn der Niedrigdruckanschluss 82a geöffnet ist) kürzer als die Zeit Tf, wenn das Ventilelement 84 während einer Einspritzansteuerung geöffnet ist, in dem eine Zeitdauer verlängert wird, die erforderlich ist, bis die vorbestimmte Spannung erreicht ist (eine Aufladezeitdau er), wodurch eine Leerlaufeinspritzansteuerung durchge führt werden kann. Das Verhältnis zwischen der Impuls breite zur Ansteuerung der Einspritzvorrichtung 1 und der Einspritzmenge ist in Fig. 4 dargestellt. Bei der Ein spritzvorrichtung 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel der Er findung beträgt in einem Fall, in dem eine normale Ein spritzansteuerung ausgeführt wird, wie es durch (1) in der Figur dargestellt ist, eine Einspritzimpulsbreite (gleich die ineffektive Einspritzperiode (tf)), in der eine Einspritzung initiiert wird, etwa 100 µs, wohingegen in einem Fall, indem die Aufladezeitdauer verlängert wird, wie es unter Bezugnahme auf Fig. 3 beschrieben wor den ist, wie es durch (2) in der Figur dargestellt ist, wird die ineffektive Einspritzperiode (tk1) etwa 330 µs und nähert sich etwa 400 µs, die die ineffektive Ein spritzperiode (t) der herkömmlichen solenoidangetriebenen Einspritzvorrichtung beträgt, wie es durch (4) in der Fi gur dargestellt ist. Folglich kann in dem Fall, dass das Ventilelement 84 des Dreiwegeventils 8 derart angesteuert wird, dass es zwischen den zwei Positionen sich hin- und herbewegt, die Leerlaufeinspritzansteuerung ausgeführt werden, bei der der Druck in dem Common-Rail 3 ohne Ein spritzung von Kraftstoff verringert werden kann.

Zusätzlich kann die Spannungsabfallgeschwindigkeit wäh rend des Entladens zusammen mit der Spannungsanstiegsge schwindigkeit während des Aufladens verzögert werden, und in diesem Fall kann die ineffektive Einspritzperiode (tk2) verlängert werden. Jedoch wird in diesem Fall die Abfallgeschwindigkeit der Piezospannung von der Initiie rung des Entladens (des Zeitpunkts D gemäß Fig. 3) verzö gert und wird die Spannungsabfallzeit verlängert. Daher ist eine gewisse Zeitdauer erforderlich, bis das Ventil element 84 sich von dem Hochdruckanschluss 82 wegbewegt, um dadurch den Niedrigdruckanschluss 81 zu schließen. Während dieser Zeit wird die ineffektive Einspritzperiode (tk2), wenn sowohl die Aufladezeitdauer als auch die Ent ladezeitdauer wie durch (3) in der Figur gezeigt kürzer (etwa 220 µs) als die ineffektive Einspritzperiode wer den, wenn lediglich die Aufladezeit verlängert wird, wie es durch (2) in der Figur dargestellt ist, da es verzögert ist, dass der Druck in der Steuerungskammer 15 nach sei ner Verringerung erneut erhöht wird.

Nachstehend ist unter Verwendung von Zeitverläufen gemäß, Fig. 5 ein Beispiel beschrieben, bei dem die Erfindung auf eine Vier-Zylinder-Brennkraftmaschine angewandt ist. Fig. 6 zeigt eine Darstellung des Aufbaus einer Schaltung zur Ansteuerung der Einspritzvorrichtung 1, und ein Mehr schaltverfahren wird zum Schalten verwendet, bei dem ein Auflade- oder Entladeschalten stufenförmig für das Aufla den oder Entladen ausgeführt wird. INJ1 bis INJ4 bezeich nen Piezobetätigungsglieder 2, die in vier Einspritzvor richtungen (#1 bis #4) untergebracht sind, die in jewei ligen Zylindern der Brennkraftmaschine vorgesehen sind, und die vorbestimmten Einspritzvorrichtungen INJ1 bis INJ4 können aufgeladen oder entladen werden, indem ent sprechende Zylindersteuerungsschaltvorrichtungen T111 bis T114 ausgewählt werden und die Steuerungsschaltvorrich tungen T112, T113 abgetrennt werden (hier ist ein Bei spiel beschrieben, bei dem INJ1 entsprechend der Ein spritzvorrichtung #1 angesteuert wird). Eine Spule 151, eine Schaltvorrichtung T151 und eine Diode D151 bilden eine Spannungsanhebeschaltung (DC-DC) zum Anheben der Spannung einer Batterie auf eine vorbestimmte Spannung. C151 bezeichnet einen Kondensator zur Akkumulierung von Energie, die in eine hohe Spannung durch die Spannungsan hebeschaltung umgewandelt wird, T151 bezeichnet eine Auf ladeschaltvorrichtung, T153 eine Entladungsschaltvorrich tung, L152 eine Entladespule und R111, R112 Erfassungswi derstände zur Erfassung von Aufladestrom.

Gemäß Fig. 5 schaltet zunächst, wenn ein Einspritzsignal zu einem vorbestimmten Zeitverlauf auf der Grundlage der Ergebnisse der Berechnungen in der Einspritzmenge- und Zeitverlaufsberechnungsschaltung der CPU während der Ein spritzansteuerung ausgegeben wird, die Einspritzventiler regungsverarbeitungsschaltung der Steuerungseinrichtung die Zylindersteuerungsschaltungsvorrichtung T111 und das Entkopplungs-/Steuerungsschaltelement T112 ein, die der ersten Einspritzvorrichtung 1 entsprechen. Ausreichende in das Piezobetätigungsglied 2 zu ladende Energie in der Spannungsanhebeschaltung (DC-DC), die aus L151, T151 und D151 gebildet ist, wird in den Kondensator C151 geladen. Weiterhin wird, wenn ein Gatesignal (Steuerungssignal) zur Ansteuerung der Aufladeschaltvorrichtung T152 aus der CPU über die Steuerungseinrichtung ausgegeben wird, die Aufladeschaltvorrichtung T152 entsprechend dem auf diese Weise ausgegebenen Signal eingeschaltet, wodurch das Auf laden von INJ1 initiiert wird.

Wenn dies auftritt, fließt ein Aufladestrom I11 (beispielsweise 10 A) aus dem Kondensator C151 durch ei nen Pfad, der die Aufladeschaltung T152, die Auflade- und Entladespule L152, die Entkopplungssteuerungsschaltvor richtung T112, COMA, INJ1, #1, die Zylindersteuerungs schaltvorrichtung T112, den Erfassungswiderstand R111 und GND in dieser Reihenfolge aufweist, und die Piezospannung von INJ1 wird erhöht. Eine Wiederholung dieses Vorgangs kann die Piezospannung auf eine vorbestimmte Sollspannung (beispielsweise 150 V) erhöhen. Gemäß diesem Ausführungs beispiel wird das Aufladen durch vier Impulse wie I22, I12, I13 und I14 in dieser Reihenfolge durchgeführt, und die Spannungsanstiegs-/-abfallzeitvariierungsschaltung steuert die Einspritzvorrichtung 1 derart an, dass die vorstehend beschriebene vorbestimmte Spannung, die zum Öffnen der Einspritzvorrichtung 1 erforderlich ist, in nerhalb einer vorab eingestellten Aufladezeitdauer T1 er reicht wird.

Wenn das Einstiegssignal ansteigt, wird eine Entladesteu erung initiiert. Beim Entladen wird im Gegensatz zum Auf laden die Aufladeschaltvorrichtung T152 ausgeschaltet, und ein Gatesignal zur Ansteuerung der Entladeschaltvor richtung T153 wird ausgegeben, wodurch ein Entladestrom I21 durch einen Pfad fließt, der GND, den Erfassungswi derstand R111, die Zylindersteuerungsschaltvorrichtung T111, #1, INJ1, COMA, die Entkopplungssteuerungsschalt vorrichtung T112, die Auflade- und Entladespule L152 und die Entladeschaltvorrichtung T153 in dieser Reihenfolge aufweist, und die in INJ1 aufgeladene Energie wird entla den, um die Piezospannung um eine vorbestimmte Spannung zu verringern. Dieser Vorgang wird wiederholt, so dass die Piezospannung auf 0 V entladen wird. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird das Entladen durch vier Impulse wie I21, I22, I23 und I24 in dieser Reihenfolge durchge führt, und die Spannungsanstiegs-/-ab fallzeitvariierungsschaltung steuert die Einspritzvor richtung 1 derart, dass die vorstehend beschriebene vor bestimmte Spannung, die zur Ansteuerung zum Schließen der Einspritzvorrichtung 1 erforderlich ist, innerhalb einer vorab eingestellten Ladezeitdauer T2 erreicht wird.

Wenn demgegenüber die Druckverringerungsbestimmungsein richtung eine Druckverringerung bestimmt, wird ein Leer laufeinspritzsignal ausgegeben, so dass eine Leerlaufein spritzansteuerung ausgeführt wird. Während der Leerlauf einspritzansteuerung kann ebenfalls die Ansteuerung der Einspritzvorrichtung 1 in derselben Ansteuerungssequenz wie die ausgeführt werden, die angewandt wird, wenn die vorstehend beschriebene Einspritzansteuerung ausgeführt wird. Jedoch wird eine Aufladezeit T1' gegenüber der Ein spritzsteuerungszeitdauer durch die Spannungsanstiegs-/-ab fallzeitvariierungsschaltung verlängert, um dadurch die ineffektive Einspritzperiode zu verlängern, und die Ein spritzvorrichtung 1 wird zur Durchführung einer Leerlauf einspritzung innerhalb einer Zeitdauer angesteuert, die kürzer als die verlängerte ineffektive Einspritzperiode ist. Genauer wird der Piezoaufladestrom I31 für eine ein zelne Einspritzung durch die Einspritzventilerregungsver arbeitungsschaltung auf etwa die Hälfte (beispielsweise 5 A) des Aufladestroms I11 während der Einspritzungsan steuerung eingestellt, und die Anzahl der Aufladungsvor gänge wird auf acht, von I31 bis I38, eingestellt. Da der Aufladestrom für eine einzelne Einspritzung die Hälfte beträgt, wird die Aufladezeit T1' doppelt so groß wie die Aufladezeit T1 während der Einspritzansteuerung, wodurch ermöglicht wird, dass die Aufladeanstiegsgeschwindigkeit geringer wird. Die Aufladezeitdauer T1' während der Leer laufeinspritzung in Bezug auf die Aufladezeitdauer T1 während der Einspritzung wird in Abhängigkeit von einem erforderlichen Wert des Systems bestimmt.

In ähnlicher Weise wie bei dem Fall des Aufladens wird bei der Entladung der Piezoentladestrom I41 für eine ein zelne Einspritzung auf etwa die Hälfte (beispielsweise 5 A) des Entladestroms während der Einspritzansteuerung I21 eingestellt, und die Einspritzvorrichtung wird mit einer Anzahl von Entladungsvorgängen, die acht, von I41 bis I48, beträgt, und einer Entladezeitdauer T2' ange steuert. Da der Entladestrom für eine einzelne Einsprit zung die Hälfte beträgt, wird folglich die Entladezeit dauer T2' doppelt so lang wie die Entladezeitdauer T2 wäh rend der Einspritzungssteuerung, wodurch ermöglicht wird, die Entladeabfallgeschwindigkeit zu verringern. Die Ent ladezeitdauer T2' während der Leerlaufeinspritzung in Be zug auf die Entladezeitdauer T2 während der Einspritzung wird in Abhängigkeit von einem Wert bestimmt, der von dem System benötigt wird.

Somit kann die ineffektive Einspritzperiode (t) wie vor stehend beschrieben eingestellt werden, indem die Aufla dezeitdauern T2, T1' und die Entladezeitdauern T2, T2' eingestellt werden. Daher wird die ineffektive Einspritz periode (t) verkürzt, um ein hohes Ansprechen während der normalen Einspritzansteuerung zu gewährleisten, wohinge gen während der Leerlaufeinspritzung die ineffektive Ein spritzperiode (t) verlängert wird, so dass eine Leerlauf einspritzung innerhalb des Bereichs der verlängerten in effektiven Einspritzperiode (t) ausgeführt wird, wodurch die Verringerung des Drucks in dem Common-Rail 3 gesteu ert wird.

Fig. 7 zeigt Zeitverläufe eines weiteren Beispiels für die Steuerung der Einspritzvorrichtung. Während in dem in Fig. 1 gezeigten Beispiel die Aufladezeitdauer und die Entladezeitdauer durch Einstellung des Aufladestromwerts und des Entladestromwerts sowohl für eine einzelne Ein spritzung zur Erhöhung der Anzahl der Erregungsvorgänge eingestellt werden, werden in dem in Fig. 7 gezeigten Beispiel Intervalle zwischen den Aufladevorgängen (I31 bis I34) und den Entladevorgängen (I41 bis I44) verlän gert, während die Anzahl der Erregungsvorgänge und die Stromwerte dieselben wie diejenigen während der normalen Einspritzansteuerung verbleiben. Die Aufladezeitdauer T1' und die Entladezeitdauer T2' können durch die vorstehend beschriebene Einstellung eingestellt werden, anstelle dass die Stromwerte eingestellt werden.

Es sei bemerkt, dass, obwohl in den in Fig. 5 und 7 ge zeigten Beispielen die Zeitdauern für sowohl das Entladen als auch das Aufladen eingestellt werden, wie es in Fig. 3 vorstehend gezeigt worden ist, die Zeitdauer lediglich während des Aufladens eingestellt werden kann. Zusätzlich kann, obwohl in den vorstehend beschriebenen Beispielen die Leerlaufeinspritzansteuerung derart beschrieben ist, dass sie lediglich in einem der mehreren Zylindern auf tritt, die Leerlaufeinspritzung in der Hälfte oder allen der mehrfachen Zylinder gleichförmig ausgeführt werden. Dies ermöglicht die Ausführung einer genaueren Druckver ringerungssteuerung, wodurch eine optimale Common-Rail- Drucksteuerung erzielt werden kann.

Zusätzlich wird die Leerlaufeinspritzansteuerung vor je der Einspritzung der mehrstufigen Einspritzungen pro Zy linder, lediglich vor der Haupteinspritzung, oder vor und nach der Haupteinspritzung ausgeführt. Somit kann die Steuerbarkeit des Common-Rail weiter durch optimales Ein stellen der Anzahl der Zylinder und Zeitverläufe verbes sert werden, wenn die Leerlaufeinspritzung ausgeführt wird.

Obwohl gemäß dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbei spiel der Fall angewandt wird, bei dem aufgrund bei spielsweise einer abrupten Verlangsamung die Kraftstoff einspritzmenge kleiner als Null und der Common-Rail-Druck größer als der Soll-Common-Rail-Druck ist, als Druckver ringerungsbedingungen angewandt wird, kann die Erfindung auf einen Fall angewandt werden, bei dem die Brennkraft maschine erneut gestartet wird, nachdem die Brennkraftma schine unter hoher Last betrieben worden ist, oder der Druck in dem Common-Rail 3 höher als erforderlich wird, indem der Starterschalter wiederholt ein- und ausgeschal tet wird. In diesem Fall kann als die Druckverringerungs bedingungen zur Verringerung des Kraftstoffdrucks inner halb des Common-Rails 3 beispielsweise bestätigt werden, dass der Zündschalter oder der Starterschalter von dem eingeschalteten Zustand zu dem ausgeschalteten Zustand geschaltet worden ist, und der Druck innerhalb des Com mon-Rails 3 kann wirksam durch Ausführung der Leerlauf einspritzansteuerung in ähnlicher Weise verringert wer den.

Außerdem kann ein Zweiwegventil anstelle des Dreiwegeven tils als Steuerungsventil verwendet werden.

Obwohl die Erfindung unter Bezugnahme auf die besonderen Ausführungsbeispiele, die zur Veranschaulichung ausge wählt worden sind, beschrieben worden ist, ist es ver ständlich, dass verschiedene Modifikationen durch den Fachmann ausgeführt werden können, ohne dass das grundle gende Konzept unter der Umfang der Erfindung verlassen wird.

In einer Einspritzvorrichtung gemäß der Erfindung öffnet ein Dreiwegeventil 8, das durch ein Piezobetätigungsglied 2 angetrieben wird, Kommunikationen zwischen einer Steue rungskammer 15 zum Öffnen und Schließen einer Düsennadel 13 und einem Common-Rail 3 und einem Rückkehrflussweg 43. Eine ECU 5 verlangsamt die Anstiegsgeschwindigkeit einer an das Piezobetätigungsglied 2 angelegten Spannung gegen über der während einer normalen Einspritzansteuerung, wenn anhand der Betriebsbedingungen einer Brennkraftma schine bestimmt wird, dass Druckverringerungsbedingungen des Common-Rail 3 erfüllt sind, so dass eine ineffektive Einspritzperiode, innerhalb der die Düsennadel 13 geöff net wird, länger als während einer normalen Einspritzan steuerung ist, um eine Leerlaufeinspritzansteuerung aus zuführen, in der das Ventil zum Öffnen innerhalb einer Zeitdauer angesteuert wird, die kürzer als die verlänger te ineffektive Einspritzperiode ist, um zu ermöglichen, dass Hochdruckkraftstoff zu dem Rückkehrflussweg 43 zu rückkehrt, wodurch die Druckverringerungssteuerung des Common-Rail 3 ausgeführt wird.

Claims

1. Kraftstoffeinspritzsystem für eine Brennkraftmaschi ne mit einem Akkumulator zum Akkumulieren von Hochdruck kraftstoff, das unter Druck aus einer Hochdruckpumpe zu geführt wird, piezoangetriebenen Einspritzvorrichtungen zum Einspritzen des Hochdruckkraftstoffs in dem Akkumula tor in Zylinder der Brennkraftmaschine und einer Steue rungseinheit zur Steuerung der Ansteuerung der Hochdruck pumpe und der Einspritzvorrichtungen entsprechend den Be triebsbedingungen der Brennkraftmaschine,
wobei die Einspritzvorrichtung eine Düsennadel zum Öffnen einer Einspritzöffnung, eine Steuerungskammer zum Beaufschlagen des Drucks des aus dem Akkumulator zuge führten Kraftstoffs auf die Düsennadel, ein Steuerungs ventil zur Erhöhung oder Verringerung des Drucks in der Steuerungskammer durch Öffnen oder Schließen einer Kommu nikation zwischen der Steuerungskammer und einem Rück kehrflussweg sowie einen Piezoantriebsabschnitt aufweist, der angepasst ist, zu expandieren, um das Steuerungsven til zum Öffnen anzutreiben, wenn eine vorbestimmte Span nung daran angelegt wird, und zu kontrahieren, um das Steuerungsventil zum Schließen anzutreiben, wenn die auf diese Weise aufgeladene Spannung daraus entladen wird,
wodurch die Düsennadel öffnet, um den aus dem Akkumulator zugeführten Kraftstoff einzuspritzen, wenn das Steue rungsventil angetrieben wird,
wobei die Steuerungseinheit
eine Druckverringerungsbestimmungseinrichtung zur Bestimmung auf der Grundlage der Betriebsbedin gungen der Brennkraftmaschine, ob Druckverringe rungsbedingungen zur Verringerung des Kraftstoff drucks in dem Akkumulator erfüllt sind oder nicht,
eine Ineffektiveinspritzperioden- Variierungseinrichtung zur Verlängerung einer von der Ansteuerung des Steuerungsventils bis zu dem Öffnen der Düsennadel andauernden ineffektiven Ein spritzperiode auf eine längere Zeit als die während der normalen Einspritzansteuerung, wenn die Druck verringerungsbestimmungseinrichtung bestimmt, dass die Druckverringerungsbedingungen erfüllt sind, in dem die Anstiegsgeschwindigkeit der an den Piezoan triebsabschnitt angelegten Spannung gegenüber der während einer normalen Einspritzansteuerung verlang samt wird oder indem sowohl die Anstiegsgeschwindig keit der angelegten Spannung als auch die Abfallge schwindigkeit verlangsamt wird, und
eine Druckverringerungseinrichtung aufweist, die zum Öffnen des Steuerungsventils innerhalb einer Zeitperiode ansteuert, die kürzer als die verlänger te ineffektive Einspritzperiode ist, wenn die Inef fektiveinspritzperioden-Variierungseinrichtung betä tigt wird, um zu ermöglichen, dass der Hochdruck kraftstoff in dem Akkumulator zu dem Rückkehrfluss weg zurückkehrt, indem eine Leerlaufeinspritzansteu erung derart ausgeführt wird, dass der Kraftstoff druck in dem Akkumulator verringert wird.

2. Kraftstoffeinspritzsystem für eine Brennkraftmaschi ne nach Anspruch 1, wobei die Ineffektiveinspritzperio den-Variierungseinrichtung die Anstiegsgeschwindigkeit oder die Abfallgeschwindigkeit der an dem Piezoantriebs abschnitt angelegten Spannung durch Variieren derart ver ringert, dass die Größe des dem Piezoantriebsabschnitt zugeführten Stroms gegenüber dem während der normalen Einspritzansteuerung verkleinert wird, und derart, dass Intervalle, zu denen der Piezoantriebsabschnitt erregt wird, gegenüber denen während der normalen Einspritzan steuerung verlängert werden.

3. Kraftstoffeinspritzsystem für eine Brennkraftmaschi ne nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Düsennadel in der Einspritzvorrichtung einem Druck in eine Richtung zum Öffnen des Ventils durch aus dem Akkumulator zugeführten Kraftstoff als auch einem Druck in eine Richtung zum Schließen des Ventils durch Kraftstoff in der Steuerungs kammer unterzogen wird, wodurch, wenn eine Kommunikation zwischen der Steuerungskammer und dem Rückkehrflussweg durch Ansteuerung zum Öffnen des Steuerungsventils die Düsennadel geöffnet wird, wenn der Druck in der Steue rungskammer verringert wird.