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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzsteuerungssystem zum Einspritzen von Kraftstoff in eine Verbrennungskraftmaschine.
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Herkömmlicherweise ist es erforderlich gewesen, dass Kraftstoff innerhalb einer kurzen Zeit mit einer entsprechenden Genauigkeit in Verbrennungskraftmaschinen eingespritzt werden soll. Es ist herausgefunden worden, dass piezoelektrische Elemente für eine Steuerung eines Öffnens/Schließens eines Kraftstoffeinspritzventils (einer Einspritzeinrichtung) zum Einspritzen von Kraftstoff aufgrund ihrer hervorragenden Ansprecheigenschaften geeignet sind.
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Ein System zum Antreiben bzw. Ansteuern einer ein piezoelektrisches Element verwendenden Einspritzeinrichtung durch mehrmaliges Laden des piezoelektrischen Elements ist beispielsweise in der
JP 10-308542 A (
DE 197 14 616 A1 ) vorgeschlagen worden. In diesem vorgeschlagenen System ist eine Antriebs- bzw. Ansteuerungsschaltung zum Laden einer an ein piezoelektrisches Element anzulegenden Spannung mit einem Schaltelement versehen. Das Schaltelement wird zum Laden des piezoelektrischen Elements auf eine voreingestellte Spannung bei vorbestimmten Zeitintervallen ein- und ausgeschaltet. Ein Steuerungsventil für die Einspritzeinrichtung wird mit der geladenen Spannung angetrieben bzw. angesteuert, um Kraftstoff aus der Einspritzeinrichtung einzuspritzen.
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Die Ansteuerungsschaltung weist beispielsweise einen ersten Energieversorgungspfad zum Durchleiten eines Stroms von einer Gleichstromversorgung durch einen Stapel aus einer Vielzahl von piezoelektrischen Elementen (Piezo-Stapel) über eine Spule auf. Die Ansteuerungsschaltung weist in diesem Pfad ein Schaltelement auf, das in der Lage ist, die Gleichstromversorgung direkt zu trennen. Die Zeit zum Einschalten des Schaltelements ist voreingestellt.
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Ferner ist die Ansteuerungsschaltung mit einem zweiten Energieversorgungspfad versehen, der die Gleichstromversorgung umgeht. Dieser Pfad ist beispielsweise aus einer Diode aufgebaut, für die die Gleichstromversorgung eine Sperrvorspannung bereitstellt. Diese Diode ist parallel zu einem Schalter geschaltet, wobei dieser Schalter eingeschaltet wird, wenn das piezoelektrische Element angesteuert wird.
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Ein beispielhafter Betrieb dieser Ansteuerungsschaltung ist in einem Zeitablaufdiagramm gemäß 7 gezeigt. Ein Einspritzsignal für eine Kraftstoffeinspritzung wird fur eine Zeitdauer von einer Zeit t1 zu einer Zeit t3 eingegeben. Ein Ladezeitdauersignal eines hohen Signalpegels zum Laden des Piezo-Stapels wird von einer Zeitdauer von der Zeit t1 zu einer Zeit t2 eingegeben, die kürzer ist als die Zeitdauer von der Zeit t1 zu der Zeit t3. Wenn diese Signale eingegeben werden, lädt die Ansteuerungsschaltung den Piezo-Stapel. Der Ansteuerungsschaltung wird ebenso ein Ladesteuerungssignal zum Einschalten des parallel zu der Diode geschalteten Schalters eingegeben, wobei sie die Einspritzeinrichtung für eine Zeitdauer von der Zeit t1 zu einer Zeit t5 ansteuert.
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Wenn ein Impulssignal mit einer voreingestellten Impulsbreite dem Schaltelement zu einer Zeit zugeführt wird, wird ein allmählich ansteigender Ladestrom durch den ersten Energieversorgungspfad zu dem Piezo-Stapel geleitet. Wenn das Schaltelement ausgeschaltet wird, wird ein allmählich abnehmender Ladestrom durch den zweiten Energieversorgungspfad zu dem Piezo-Stapel mittels einer Schwungradaktion geleitet. Während ein Ladestrom zu dem Piezo-Stapel fließt, wird eine an den Piezo-Stapel angelegte Ladespannung, d. h. eine Piezo-Spannung kontinuierlich vergrößert.
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Wenn der Piezo-Strom allmählich auf Null verkleinert ist, wird das Schaltelement wieder eingeschaltet. In Verbindung mit dem wiederholten Ein- und Ausschalten des Schaltelements wird die an den Piezo-Stapel angelegte Piezo-Spannung vergrößert. Dieses Ladeverfahren ist als Mehrfachschaltverfahren bzw. Multi-Switching-Verfahren (MS-Verfahren) bekannt.
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Die Piezo-Spannung wird in den Piezo-Stapel geladen. Wenn die in den Piezo-Stapel geladene Piezo-Spannung einen bestimmten Wert (erforderliche Steuerungsventilansteuerungsspannung) überschreitet, wird das Steuerungsventil für die Einspritzeinrichtung geöffnet und der Kraftstoff wird aus einer zugehörigen Düse eingespritzt.
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Wenn das Einspritzsignal bei der Zeit t3 in 7 ausgeschaltet ist, wird ein Entladezeitdauersignal eines hohen Signalpegels für eine Zeitdauer von der Zeit t3 zu einer Zeit t4 eingegeben, wobei die in den Piezo-Stapel geladene Piezo-Spannung entladen wird. Dies wird ausgeführt, indem ein in der Ansteuerungsschaltung bereitgestellter Entladeschalter ein- und ausgeschaltet wird. Der Piezo-Stapel entlädt somit die in den Piezo-Stapel geladene Spannung an Masse.
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In dem in 7 veranschaulichten Betrieb fließt, wenn der Entladeschalter bei der Zeit t3 eingeschaltet ist, der Piezo-Strom in die entgegengesetzte Richtung zu der während des Ladens. Somit fließt ein negativer Piezo-Strom. Wenn der Piezo-Strom einen bestimmten Wert überschreitet, wird der Entladeschalter durch die Ansteuerungsschaltung ausgeschaltet. Wenn der Piezo-Strom auf Null geführt ist, wird der Entladeschalter wieder eingeschaltet. Dieser Betrieb wird wiederholt ausgeführt und die in dem Piezo-Stapel geladene Piezo-Spannung wird hierdurch entladen.
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Mit dem vorstehend beschriebenen MS-Verfahren kann die Ladegeschwindigkeit (Ansteuerungsgeschwindigkeit) des piezoelektrischen Elements genau gesteuert werden und ein maximaler Ladestrom kann verringert werden. Folglich ermöglich es das MS-Verfahren, eine Aufheizung von einem piezoelektrischen Element zu unterdrücken, die Schwierigkeiten verursachen könnte.
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Wenn jedoch die Piezo-Spannung durch das MS-Verfahren in den Piezo-Stapel geladen wird oder aus dem Piezo-Stapel entladen wird, insbesondere wenn sie entladen wird, wird eine Änderung in der Piezo-Spannung (erforderliche Steuerungsventilansteuerungsspannung) zum Öffnen eines Steuerungsventils für die Kraftstoffeinspritzung erzeugt. Diese Änderung wird durch eine Differenz in elektrischen Eigenschaften bzw. Kennlinien (beispielsweise Temperatureigenschaften) zwischen Piezo-Stapeln verursacht, die jeweils in den mehreren, in einer Verbrennungskraftmaschine eingebauten Einspritzeinrichtungen angeordnet sind. Aus diesem Grund startet das Steuerungsventil jeder Einspritzeinrichtung eine Bewegung bei unterschiedlichen Zeitpunkten.
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Genauer gesagt differiert, wie es in 7 veranschaulicht ist, der Zeitpunkt, bei dem das Steuerungsventil jeder Einspritzeinrichtung eine Bewegung startet, in Abhängigkeit davon, bei welcher Schrittzahl unter den Ladeschritten des Impulssignals zur Ansteuerung des Schaltelements sie liegt. Als Ergebnis wird eine Differenz in den Zeitpunkten verursacht, bei denen der Betrieb (Ventilhub) des Steuerungsventils jeder Einspritzeinrichtung gestartet wird. Dies verändert eine Einspritzstartzeit und somit eine Einspritzmenge von Einspritzeinrichtung zu Einspritzeinrichtung.
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In der
DE 101 35 735 A1 sind ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, insbesondere mit Direkteinspritzung, sowie ein entsprechendes Computerprogramm und Steuer- und/oder Regelgerät beschrieben. Bei einer Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung wird der Kraftstoff mindestens einer Kraftstoff-Einspritzeinrichtung gefördert. Um im Betrieb der Brennkraftmaschine Verbrennungsaussetzer zu vermeiden, wird vorgeschlagen, dass mindestens ein zu mindestens einer Austrittsöffnung der Kraftstoff-Einspritzeinrichtung benachbarter Bereich mindestens zeitweise in eine hochfrequente Schwingung versetzt wird.
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In der
DE 10 2004 052 690 B4 sind eine Treiber- und Auswerteeinrichtung für ein -Einspritzventil, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern eines Einspritzventils und ein entsprechendes Computerprogramm beschrieben. In der
DE 600 36 421 T2 ist ein direkt betätigtes Kraftstoffeinspritzventil beschrieben.
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Es ist folglich eine Aufgabe der Erfindung, ein Kraftstoffeinspritzsteuerungssystem bereitzustellen, bei dem in Bezug auf mehrere, in einer Verbrennungskraftmaschine eingebaute Einspritzeinrichtungen eine Änderung in einem Zeitpunkt, bei dem ein Ventilhub eines Steuerungsventils jeder Einspritzeinrichtung gestartet wird, verringert werden kann, wenn Kraftstoff von jeder Einspritzeinrichtung eingespritzt wird.
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Diese Aufgabe wird durch ein Kraftstoffeinspritzsteuerungssystem gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
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Die vorstehend genannten und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachstehenden ausführlichen Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung besser ersichtlich. Es zeigen:
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1 ein schematisches Diagramm, das teilweise im Schnitt ein Kraftstoffeinspritzsystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht,
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2 ein Schaltungsdiagramm einer Kraftstoffeinspritzansteuerungsschaltung fur einen Piezo-Stapel einer Einspritzeinrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel,
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3 ein Flussdiagramm, das einen Betrieb zum Anlegen einer Ladespannung an jeden Piezo-Stapel zum Öffnen eines Steuerungsventils der Einspritzeinrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel veranschaulicht,
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4 ein Zeitablaufdiagramm, das einen Betrieb einer Ansteuerung des Piezo-Stapels gemäß dem Ausführungsbeispiels veranschaulicht,
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5 ein Flussdiagramm, das einen Betrieb zum Entladen einer in jedem Piezo-Stapel geladenen Spannung zum Schließen des Steuerungsventils der Einspritzeinrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiels veranschaulicht,
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6 einen Graphen, der Beziehungen zwischen einer Einspritzmenge einer Einspritzeinrichtung und einer Ladeenergie für einen Piezo-Stapel gemäß dem Ausführungsbeispiel und dem herkömmlichen System veranschaulicht, und
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7 ein Zeitablaufdiagramm, das einen Betrieb zum Ansteuern eines Steuerungsventils einer Einspritzeinrichtung gemäß dem herkömmlichen System veranschaulicht.
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Ein Kraftstoffeinspritzsystem gemäß einem Ausführungsbeispiel ist ein System zum Einspritzen eines Hochdruckkraftstoffes in mehrere Zylinder einer Verbrennungskraftmaschine (genauer gesagt einer Dieselkraftmaschine). Dieses Kraftstoffeinspritzsteuerungssystem dient zur Steuerung einer Einspritzung von Hochdruckkraftstoff in einen Zylinder.
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Wie es in 1 veranschaulicht ist, umfasst ein Kraftstoffeinspritzsystem ein Kraftstoffeinspritzventil (eine Einspritzeinrichtung) 1, einen Kraftstofftank 100, einen Rückführungspfad 110, eine Rückflusssperre bzw. ein Rückschlagventil 120, eine Kraftstoffeinspritzansteuerungsschaltung 130 sowie eine Kraftstoffeinspritzsteuerungseinheit 140, die eine programmbetriebene elektronische Steuerungseinheit ist.
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Die Einspritzeinrichtung 1 ist in jedem Zylinder der Verbrennungskraftmaschine eingebaut und spritzt Kraftstoff in diesen Zylinder ein. Ein Körper 1a einer derartigen Einspritzeinrichtung umfasst: einen Kraftstoffeinlass 11, durch den ein Hochdruckkraftstoff von einer (nicht gezeigten) Speichereinrichtung eingeführt wird, und einen Kraftstoffauslass 12, durch den Kraftstoff in der Einspritzeinrichtung 1 zu dem Kraftstofftank 100 herausgeführt wird.
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Bei einem Ende des Körpers 1a in der axialen Richtung ist eine Düse 2 zum Einspritzen von Kraftstoff, wenn ein Ventil geöffnet ist, angeordnet. Diese Düse 2 umfasst: eine Nadel 21 (Ventilkörper), die in dem Körper 1a gleitfähig gehalten wird, eine Düsenfeder 22, die die Nadel 21 in der Ventilschließrichtung vorspannt, und einen Düsenzylinder 23, in dem der Kolbenabschnitt 21a der Nadel 21 eingeführt ist.
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Bei dem einen Ende des Körpers 1a in der axialen Richtung ist ein Düsenloch 24 ausgebildet, das mit dem Kraftstoffeinlass 11 über einen Hochdruckkraftstoffdurchgang 13 in Verbindung steht. Die Einspritzeinrichtung 11 ist so aufgebaut, das ein Hockdruckkraftstoff über dieses Düsenloch 24 in den Zylinder der Verbrennungskraftmaschine eingespritzt wird. Vorgelagert zu diesem Düsenloch 24 ist ein kegelförmiger Ventilsitz 25 ausgebildet. Ein Sitzabschnitt 21b, der in der Nadel 21 ausgebildet ist, wird mit dem Ventilsitz 25 in Kontakt gebracht oder von dem Ventilsitz getrennt, wobei das Düsenloch 24 hierdurch geschlossen oder geoffnet wird.
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Der Kolbenabschnitt 21a ist gleitfähig und flüssigkeitsdicht in den Düsenzylinder 23 eingefügt. Der Kolbenabschnitt 21a und der Düsenzylinder 23 bilden eine Steuerungskammer 26, in der der Kraftstoffdruck zwischen einem hohen Druck und einem niedrigen Druck umgeschaltet wird. Die Nadel 21 ist durch den Kraftstoffdruck in der Steuerungskammer 26 in der Ventilschließrichtung vorgespannt. Ferner ist sie durch einen Hochdruckkraftstoff, der von dem Kraftstoffeinlass 11 uber den Hochdruckkraftstoffdurchgang 13 zu dem Düsenloch 24 geführt wird, in der Ventilöffnungsrichtung vorgespannt.
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Bei dem Zwischenabschnitt des Körpers 1a in der axialen Richtung ist eine Ventilkammer 14 zur Unterbringung eines Steuerungsventils 3 zur Steuerung des Drucks in der Steuerungskammer 26 ausgebildet. Diese Ventilkammer 14 ist über einen Verbindungsdurchgang 15 konstant mit der Steuerungskammer 26 verbunden. Die Ventilkammer 14 ist mit einem von dem Hochdruckkraftstoffdurchgang 13 abgezweigten Hochdruckverbindungsdurchgang 13a verbunden. Ferner ist die Ventilkammer 14 über einen Niedrigdruckkraftstoffdurchgang 16 mit dem Kraftstoffauslass 12 verbunden.
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Das Steuerungsventil 3 umfasst: einen Ventilkörper 31, der den Abschnitt zwischen der Ventilkammer 14 und dem Hochdruckverbindungsdurchgang 13a sowie den Abschnitt zwischen der Ventilkammer 14 und dem Niedrigdruckdurchgang 16 öffnet und schließt, und eine Ventilfeder 32, die den Ventilkörper 31 in einer derartigen Richtung vorspannt, dass der Abschnitt zwischen der Ventilkammer 14 und dem Hochdruckverbindungsdurchgang 13a geöffnet wird und der Abschnitt zwischen der Ventilkammer 14 und dem Niedrigdruckkraftstoffdurchgang 16 geschlossen wird.
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Bei dem anderen Ende des Körpers 1a in der axialen Richtung ist eine Betätigungseinrichtungskammer 17 zur Unterbringung einer Betätigungseinrichtung 4 zur Ansteuerung bzw. zum Antreiben des Steuerungsventils 3 ausgebildet. Diese Betätigungseinrichtungskammer 17 ist über einen Niedrigdruckverbindungsdurchgang 16a mit dem Niedrigdruckkraftstoffdurchgang 16 verbunden.
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Die Betätigungseinrichtung 4 umfasst: einen Piezo-Stapel 41, der durch Stapeln einer großen Anzahl piezoelektrischer Elemente gebildet wird, die durch ein Laden/Entladen von elektrischen Ladungen ausgedehnt oder zusammengezogen werden, und einen Übertragungsabschnitt, der eine Ausdehnungs-/Zusammenziehauslenkung des Piezo-Stapels 41 zu dem Ventilkörper 31 des Steuerungsventils 3 übertragt.
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Der Übertragungsabschnitt ist wie nachstehend beschrieben aufgebaut. In einem Betätigungseinrichtungszylinder 42 sind ein erster Kolben 43 und ein zweiter Kolben 44 gleitfähig und flüssigkeitsdicht eingefügt. Zwischen dem ersten Kolben 43 und dem zweiten Kolben 44 ist eine mit Kraftstoff gefüllte Flüssigkeitskammer 45 ausgebildet.
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Der erste Kolben 43 ist zu dem Piezo-Stapel 41 durch eine erste Feder 46 vorgespannt und wird durch den Piezo-Stapel 41 direkt angetrieben. Wenn der Piezo-Stapel 41 ausgedehnt wird, wird der Druck in der Flüssigkeitskammer 45 durch den ersten Kolben 43 erhöht.
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Der zweite Kolben 44 ist zu dem Ventilkörper 31 des Steuerungsventils 3 durch eine zweite Feder 47 vorgespannt. Er wird unter dem Druck in der Flüssigkeitskammer 45 betätigt und treibt den Ventilkörper 31 an. Wenn der Piezo-Stapel 41 ausgedehnt wird, wird der zweite Kolben 44 unter dem erhöhten Druck in der Flüssigkeitskammer 45 betätigt und treibt den Ventilkörper 31 zu einer derartigen Position an, dass der Abschnitt zwischen der Ventilkammer 14 und dem Hochdruckverbindungsdurchgang 13a geschlossen wird und der Abschnitt zwischen der Ventilkammer 14 und dem Niedrigdruckkraftstoffdurchgang 16 geöffnet wird. Wenn der Piezo-Stapel 41 zusammengezogen wird, d. h., wenn der Druck in der Flüssigkeitskammer 45 niedrig ist, wird der zweite Kolben 44 durch die Ventilfeder 32 des Steuerungsventils 3 gegen die zweite Feder 47 zu dem ersten Kolben 43 zurückgedrückt.
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In dem Rückführungsweg 110, der den Kraftstofftank 100 und den Kraftstoffauslass 12 verbindet, ist die Rückflusssperre bzw. das Rückschlagventil 120 zur Steuerung des Drucks auf der Seite des Niedrigdruckkraftstoffdurchgangs 16 angeordnet. Während der Druck des Hockdruckkraftstoffes, der in der Speichereinrichtung aufgespeichert wird, nicht kleiner als 100 MPa ist, steuert die Rückflusssperre 120 den Druck auf der Seite des Niedrigdruckkraftstoffdurchgangs 16 auf 1 Mpa oder dergleichen.
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Dem Piezo-Stapel 41 wird elektrische Energie bzw. ein Strom über die Kraftstoffeinspritzansteuerungsschaltung 130 zugeführt. Die Kraftstoffeinspritzansteuerungsschaltung 130 steuert die an den Piezo-Stapel 41 angelegte Spannung, um den Ausdehnungsbetrag des Piezo-Stapels 41 zu verändern. Mit Bezug auf die an den Piezo-Stapel 41 angelegte Spannung und die Zeitsteuerung (den Zeitpunkt) einer Energieversorgung des Piezo-Stapels 41 wird die Kraftstoffeinspritzansteuerungsschaltung 130 durch die Kraftstoffeinspritzsteuerungseinheit 140 gesteuert.
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Die Kraftstoffeinspritzsteuerungseinheit 140 umfasst einen bekannten Mikrocomputer (nicht gezeigt), der aus einer CPU, einem ROM, einem EEPROM, einem RAM und dergleichen aufgebaut ist, und führt eine Berechnung entsprechend einem in dem Mikrocomputer gespeicherten Programm aus. Der Kraftstoffeinspritzsteuerungseinheit 140 werden Signale von verschiedenen (nicht gezeigten) Sensoren zur Erfassung einer Einlassluftmenge, eines Betrags einer Beschleunigungseinrichtungspedalbetätigung, einer Anzahl von Umdrehungen der Verbrennungskraftmaschine, eines Kraftstoffdrucks in der Speichereinrichtung und dergleichen zugeführt.
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Der Piezo-Stapel 41 der Einspritzeinrichtung 1 und die Kraftstoffeinspritzansteuerungsschaltung 130 sind wie in 2 veranschaulicht verbunden. Eine Batterie 201 ist mit einem Gleichstromwandler (DC/DC-Wandler) 202 verbunden, der eine Umwandlung in eine bestimmte erhöhte Spannung (beispielsweise mehrere hundert V) ausführt. Zwischen zwei Ausgangsanschlüssen des Gleichstromwandlers 202 ist ein Kondensator 203 zur Pufferung angeschlossen. Ein Ende des Kondensators 203 ist mit einer Ladeschaltung verbunden, die aus einem Ladeschalter 204 und einer Diode 205 aufgebaut ist, und das andere Ende des Kondensators 203 ist mit Masse 206 verbunden bzw. geerdet. Der Ladeschalter 204 der Ladeschaltung ist ein Schalter zur Energieversorgung der jeweiligen Piezo-Stapel 41 der mehreren Einspritzeinrichtungen 1, die parallel geschaltet sind. Für diesen Ladeschalter 204 wird beispielsweise ein Schaltelement angewendet, das aus einem Transistor, wie beispielsweise einem MOSFET, aufgebaut ist. Er wird entsprechend einer Vielzahl von Ladesteuerungssignalen ein- und ausgeschaltet, die von der Kraftstoffeinspritzsteuerungseinheit 140 zugeführt werden. Jedes Ladessteuerungssignal wird dem Ladeschalter 204 zugeführt, während sowohl ein Einspritzsignal als auch ein Ladezeitdauersignal, die der Kraftstoffeinspritzansteuerungsschaltung 130 zugeführt werden, auf einem hohen Signalpegel (EIN-Pegel) liegen.
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Die vorstehend genannte Zeitdauer, bei der das Ladezeitdauersignal EIN ist, entspricht einer Ladezeitdauer. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel, das nachstehend ausführlich beschrieben wird, wird Kraftstoff einmal von der Düse 2 der Einspritzeinrichtung 1 eingespritzt, indem der zugehörige Piezo-Stapel 41 mehr als einmal während einer Ladezeitdauer durch das MS-Verfahren geladen wird.
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Zwischen der Ladeschaltung 204, 205 und Masse 206 ist eine Entladeschaltung angeschlossen, die aus einem Entladeschalter 207 sowie einer Diode 208 und einem Widerstand 209 aufgebaut ist. Für den Entladeschalter 207 wird beispielsweise das gleiche Schaltelement wie für den Ladeschalter 204 verwendet. Er wird entsprechend einem Entladesteuerungssignal ein- und ausgeschaltet, das von der Kraftstoffeinspritzsteuerungseinheit 140 zugeführt wird. Dieses Entladesteuerungssignal wird dem Entladeschalter 207 zugeführt, während das Einspritzsignal auf einem niedrigen Signalpegel (AUS-Pegel) liegt und ein Entladezeitdauersignal, das von der Kraftstoffeinspritzansteuerungsschaltung 130 zugeführt wird, auf einem hohen Pegel (EIN-Pegel) liegt.
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Ein Ende einer Spule 210 ist zwischen der Ladeschaltung 204, 205 und der Entladeschaltung 207 bis 209 angeschlossen und zwei Widerstände 211, 212 sind in Reihe zwischen das andere Ende der Spule 210 und Masse 206 geschaltet. Das Potential (die Piezo-Spannung) bei dem Verbindungspunkt A zwischen den Widerständen 211, 212 wird durch ein (nicht gezeigtes) Messinstrument gemessen und das Ergebnis der Messung wird der Kraftstoffeinspritzsteuerungseinheit 140 zugeführt.
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Zwischen dem anderen Ende der Spule 210 und Masse 206 sind eine Piezo-Schaltung 213 und ein Widerstand 214 in Reihe geschaltet. Es sei angenommen, dass beispielsweise vier Einspritzeinrichtungen 1 in der Verbrennungskraftmaschine angeordnet sind. In diesem Fall ist die Piezo-Schaltung 213 aufgebaut, indem die vier Piezo-Stapel 41, die in 1 veranschaulicht sind, parallel geschaltet sind.
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In der Piezo-Schaltung 213 ist insbesondere ein Pfad ausgebildet, in dem eine aus dem Piezo-Stapel 41 und einem Widerstand 215a aufgebaute Parallelschaltung und eine aus einem Ansteuerungsschalter 215b und einer Diode 215c aufgebaute Parallelschaltung in Reihe geschaltet sind. Dieser Pfad entspricht einem Zylinder der Verbrennungskraftmaschine. Da gemäß diesem Ausführungsbeispiel vier Einspritzeinrichtungen 1 in der Verbrennungskraftmaschine angeordnet sind, sind in der Piezo-Schaltung 213 auch andere Pfade ausgebildet. In diesen Pfaden sind jeweils aus den anderen Piezo-Stapeln 41 und Widerständen 216a, 217a, 218a aufgebaute Parallelschaltungen und jeweils aus Ansteuerungsschaltern 216b, 217b, 218b und Dioden 216c, 217c, 218c aufgebaute Parallelschaltungen in Reihe geschaltet.
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Die einzelnen Ansteuerungsschalter 215b, 216b, 217b, 218b in der Piezo-Schaltung 213 werden entsprechend Ansteuerungssteuersignalen ein- und ausgeschaltet, die ihnen von der Kraftstoffeinspritzsteuerungseinheit 140 zugeführt werden. Hierdurch wird eine Kraftstoffeinspritzung aus der Einspritzeinrichtung 1 entsprechend einem jeweiligen Zylinder der Verbrennungskraftmaschine gesteuert.
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Ein Strom (Piezo-Strom), der bei dem Verbindungspunkt B zwischen der Piezo-Schaltung 213 und dem Widerstand 214 hindurchgeht, wird durch ein (nicht gezeigtes) Messinstrument gemessen und das Ergebnis der Messung wird der Kraftstoffeinspritzsteuerungseinheit 140 zugeführt.
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Die Kraftstoffeinspritzsteuerungseinheit 140 ist programmiert, eine in 3 und 5 veranschaulichte Steuerungsverarbeitung auszuführen, die ein beispielhafter Fall ist, bei dem die Piezo-Stapel 41 durch das MS-Verfahren angesteuert werden. Das Flussdiagramm gemäß 3 veranschaulicht den Betrieb, bei dem eine Ladespannung an jeden Piezo-Stapel 41 angelegt wird, um das Steuerungsventil 3 der in 1 veranschaulichten Einspritzeinrichtung 1 zu öffnen. Die Verarbeitung wird gestartet, indem ein (nicht gezeigter) Zündschlüsselschalter auf eine ANLASSER-EIN-Position zum Starten der Verbrennungskraftmaschine geschaltet wird, wobei hierdurch der Strom für die Kraftstoffeinspritzsteuerungseinheit 140 eingeschaltet wird.
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Für die Impulsbreite und dergleichen der einzelnen, vorstehend beschriebenen Signale werden Werte verwendet, die im Voraus in der Kraftstoffeinspritzsteuerungseinheit 140 gespeichert werden. Nachstehend ist eine Beschreibung hinsichtlich des Betriebs zur Ansteuerung aller Piezo-Stapel 41 in der in 2 veranschaulichten Piezo-Schaltung 213 gegeben.
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In einem Schritt 300 werden ein Einspritzsignal, ein Ladezeitdauersignal, ein Ladezeitdauersignal, ein Ladesteuerungssignal und ein Ansteuerungssteuersignal eines hohen Pegels (EIN) erzeugt und der Ansteuerungsschalter 130 zu einer Zeit t1 zugeführt, wie es in 4 veranschaulicht ist. Das Einspritzsignal ist während einer Zeitdauer von der Zeit t1 zu einer Zeit t3 EIN; das Ladezeitdauersignal ist während einer Zeitdauer von der Zeit t1 zu einer Zeit t2 EIN; das Ansteuerungssteuersignal ist während einer Zeitdauer von der Zeit t1 zu einer Zeit t5 EIN. Das Einspritzsignal ist ein Freigabesignal für eine Einspritzung von Kraftstoff aus der Einspritzeinrichtung 1. Das Ladesteuerungssignal ist mit einer bestimmten Impulsbreite EIN. Die Zeit t2, die Zeit t3, die Zeit t4 und die Zeit t5 laufen in dieser Reihenfolge nach der Zeit t1 ab. Diese Zeitpunkte werden durch die Verbrennungskraftmaschine bestimmt.
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Das Ansteuerungssteuersignal wird jedem Ansteuerungsschalter 215b, 216b, 217b, 218b zugeführt und das Ladesteuerungssignal mit der bestimmten Impulsbreite wird dem Ladeschalter 204 zugeführt. Aus diesem Grund wird, wie es in 4 veranschaulicht ist, der bei dem Verbindungspunkt B hindurchgehende Piezo-Strom unmittelbar vergrößert, während das Ladesteuerungssignal EIN ist. Wenn das Ladesteuerungssignal auf einen niedrigen Pegel (AUS-Pegel) geschaltet wird, wird der durch die Piezo-Stapel 41 hindurchgehende Strom durch eine Schwungradaktion unmittelbar verringert. Die Piezo-Spannung bei dem Verbindungspunkt A wird kontinuierlich vergrößert, bis der Piezo-Strom auf Null geführt ist.
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Die Impulsbreite des ersten Ladesteuerungssignals, das dem Ladeschalter 204 in dem ersten Zeitpunkt bzw. Moment bei diesem Schritt zur gleichen Zeit zugeführt wird, wie das Einspritzsignal und das Ladezeitdauersignal beide EIN sind, wird wie nachstehend beschrieben eingestellt. Die Impulsbreite wird auf eine derartige erste Impulsbreite eingestellt, dass der Piezo-Stapel 41 jeder Einspritzeinrichtung 1 geladen wird, während der Ladeschalter 204 eingeschaltet ist, wobei die Steuerungsventile 3 aller Einspritzeinrichtungen 1 durch dieses Laden angetrieben bzw. angesteuert werden (mit einer Bewegung beginnen). Nachstehend wird die Impulsbreite des ersten Ladesteuerungssignals, das dem Ladeschalter 204 bei diesem Schritt zugeführt wird, als erste Impulsbreite bezeichnet.
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Das heißt, die erste Impulsbreite ist die Impulsbreite des Ladesteuerungssignals, das dem Ladeschalter 204 der Kraftstoffeinspritzansteuerungsschaltung 130 bei dem ersten Zeitpunkt bzw. Moment während einer Ladezeitdauer zugeführt wird. Diese Impulsbreite wird auf eine derartige Impulsbreite eingestellt, dass eine bestimmte Spannung, durch die die Steuerungsventile 3 aller Einspritzeinrichtungen 1 angesteuert werden, in alle Piezo-Stapel 41 geladen werden kann.
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Wie es in 4 veranschaulicht ist, variiert der Wert einer bestimmten Spannung (Piezo-Spannung), die zur Ansteuerung des Steuerungsventils 3 des Piezo-Stapels 41 jeder Einspritzeinrichtung 1 erforderlich ist, oder die erforderliche Steuerungsventilansteuerungsspannung zwischen den Piezo-Stapeln 41 der einzelnen Einspritzeinrichtungen 1. Bei diesem Schritt wird die Impulsbreite des ersten Ladesteuerungssignals, das dem Ladeschalter 204 zugeführt wird, wie vorstehend beschrieben eingestellt. Folglich können die Steuerungsventile 3 aller Einspritzeinrichtungen 1 nur durch dieses erste Ladesteuerungssignal angesteuert werden.
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Indem die Steuerungsventile 3 aller Einspritzeinrichtungen 1 durch das erste Ladesteuerungssignal, das dem Ladeschalter 204 wie vorstehend beschrieben zugeführt wird, angesteuert werden, kann das nachstehend Beschriebene ausgeführt werden. Die Zeit, bei der ein Ventilhub gestartet wird, kann von Einspritzeinrichtung 1 zu Einspritzeinrichtung 1 im Wesentlichen identisch gemacht werden, wie es in 4 veranschaulicht ist. Folglich ist es möglich, eine Änderung eines Zeitpunkts, bei dem ein Ventilhub in dem Steuerungsventil 3 jeder Einspritzeinrichtung 1 gestartet wird, zu verringern und Kraftstoff aus den einzelnen Einspritzeinrichtungen 1 im Wesentlichen gleichzeitig einzuspritzen.
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Die Impulsbreite des ersten Ladesteuerungssignals, das dem Ladeschalter 204 bei diesem Schritt zugeführt wird, kann beispielsweise durch Testen eingestellt werden. Sie kann beispielsweise bestimmt werden, indem die nachstehend beschriebene Prozedur als Beispiel ausgeführt wird: mehrere Einspritzeinrichtungen 1 sind in einer Verbrennungskraftmaschine eingebaut, wobei ein Testen ausgeführt wird, indem die Impulsbreite des ersten Ladesteuerungssignals als ein Parameter variiert wird und indem erfasst wird, dass die Steuerungsventile 3 aller Einspritzeinrichtungen 1 durch das erste Ladesteuerungssignal angesteuert werden.
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In Schritt 310 wird bestimmt, ob der Piezo-Strom auf Null geführt worden ist oder nicht. Genauer gesagt wird der Piezo-Strom (die Summe der Ströme, die durch die einzelnen Piezo-Stapel 41 hindurchgehen), der bei dem Verbindungspunkt B in der in 2 veranschaulichten Schaltung hindurchgeht, durch die Kraftstoffeinspritzsteuerungseinheit 140 überwacht. Hierdurch wird überwacht, ob der Piezo-Strom auf Null geführt worden ist oder nicht. Beispielsweise wird ein Referenzwert gesetzt, bei dem ein Strom als auf Null geführt betrachtet wird, und es wird bestimmt, ob der Piezo-Strom unter diesen Referenzwert fällt oder nicht.
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Wenn in diesem Schritt bestimmt wird, dass der Piezo-Strom nicht auf Null geführt worden ist, wird der Piezo-Strom in diesem Schritt 310 wiederholt überwacht. Wenn in diesem Schritt 310 bestimmt wird, dass der Piezo-Strom auf Null geführt worden ist, schreitet die Verarbeitung zu einem Schritt 320 voran.
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In Schritt 320 wird dem Ladeschalter 204 ein zweites Ladesteuerungssignal mit einer bestimmten Impulsbreite zugeführt. In diesem Schritt 320 wird dem Ladeschalter 204 ein Signal zugeführt, dessen Impulsbreite kleiner ist als die erste Impulsbreite des ersten Ladesteuerungssignals, das dem Ladeschalter 204 in Schritt 300 zugeführt wird. Das heißt, in diesem Schritt 320 ist die Impulsbreite des zweiten Ladesteuerungssignals und nachfolgender Ladesteuerungssignale voreingestellt, die dem Ladeschalter 204 in dem zweiten Moment bzw. Zeitpunkt und den nachfolgenden Momenten bzw. Zeitpunkten zugeführt werden. Nachstehend wird die Impulsbreite des zweiten Ladesteuerungssignals und nachfolgender Ladesteuerungssignale, die dem Ladeschalter 204 in dem zweiten Moment und den nachfolgenden Momenten in diesem Schritt zugeführt werden, als zweite Impulsbreite bezeichnet.
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Wie es vorstehend beschrieben ist, ist die zweite Impulsbreite kleiner eingestellt als die erste Impulsbreite, die in Schritt 300 eingestellt ist. Das heißt, die erste Impulsbreite des Ladesteuerungssignals ist größer als die zweite Impulsbreite. Somit ist es möglich zu verhindern, dass ein großer Strom konstant durch jeden Piezo-Stapel 41 hindurchgeht, und ein Aufheizen der Piezo-Stapel 41 zu unterdrücken, wenn die Piezo-Stapel 41 entsprechend dem Ladesteuerungssignal mit der zweiten Impulsbreite geladen werden.
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Die zweite Impulsbreite des Ladesteuerungssignals ist auf eine derartige Impulsbreite eingestellt, dass das nachstehend Beschriebene ausgeführt wird: eine bestimmte Ladeenergie wird in jedem Piezo-Stapel 41 während der Ladezeitdauer durch die mehreren Ladesteuerungssignale gespeichert, die dem Ladeschalter 204 der Kraftstoffeinspritzansteuerungsschaltung 130 in dem zweiten Moment und den nachfolgenden Momenten zugeführt werden. Somit kann eine gewünschte Ladeenergie an jeden Piezo-Stapel 41 durch die folgenden Signale abgegeben werden: das Ladesteuerungssignal mit der ersten Impulsbreite, das dem Ladeschalter 204 in dem ersten Moment zugeführt wird, und die mehreren Ladesteuerungssignale mit der zweiten Impulsbreite, die in dem zweiten Moment und den nachfolgenden Momenten zugeführt werden.
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In einem Schritt 330 wird nochmals wie in Schritt 310 bestimmt, ob der Piezo-Strom auf Null geführt worden ist oder nicht. Wenn in diesem Schritt 330 bestimmt wird, dass der Piezo-Strom nicht auf Null geführt worden ist, wird der Piezo-Strom bei diesem Schritt 330 wiederholt überwacht. Wenn in diesem Schritt 330 bestimmt wird, dass der Piezo-Strom auf Null geführt worden ist, schreitet die Verarbeitung zu einem Schritt 340 voran.
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In Schritt 340 wird bestimmt, ob das Ladezeitdauersignal EIN ist oder nicht. Eine Eingabe des Ladesteuerungssignals zu dem Ladeschalter 204 wird gestattet, während das Ladezeitdauersignal EIN ist. Folglich wird das Ladesteuerungssignal dem Ladeschalter 204 wiederholt eingegeben. Wenn in diesem Schritt 304 bestimmt wird, dass das Ladezeitdauersignal eingeschaltet ist, springt der Ablauf zu Schritt 320 zurück. Somit wird der in 4 veranschaulichte Betrieb ausgeführt. Das heißt, das Ladesteuerungssignal mit der zweiten Impulsbreite wird dem Ladeschalter 204 jedes Mal eingegeben, wenn der Piezo-Strom auf Null geführt ist, während das Ladezeitdauersignal EIN ist. Das Steuerungsventil 3 wird offen gehalten, wenn die Piezo-Spannung vergrößert wird.
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Wenn in diesem Schritt 340 bestimmt wird, dass das Ladezeitdauersignal nicht EIN ist, wird diese Verarbeitung beendet. Das heißt, ein Laden des Piezo-Stapels 41 jeder Einspritzeinrichtung 1 wird beendet.
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Nach der Steuerungsverarbeitung gemäß 3 entlädt die Kraftstoffeinspritzsteuerungseinheit 140 die in dem Piezo-Stapel 41 geladene Spannung, wie es in 5 veranschaulicht ist.
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In einem Schritt 400 wird bestimmt, ob das Einspritzsignal auf einen niedrigen Pegel (AUS) geändert worden ist oder nicht. Wenn in diesem Schritt 400 bestimmt wird, dass das Einspritzsignal nicht auf AUS geändert worden ist, wird kontinuierlich überwacht, ob das Einspritzsignal auf AUS geändert worden ist oder nicht. Wenn in diesem Schritt 400 bestimmt wird, dass das Einspritzsignal auf AUS geändert worden ist, schreitet die Verarbeitung zu einem Schritt 410 voran. In diesem Beispiel wird gemäß 4 das Einspritzsignal bei der Zeit t3 auf AUS geändert.
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In Schritt 410 werden ein Entladezeitdauersignal und ein Entladesteuerungssignal eines hohen Pegels (EIN) bei der Zeit t3 gemäß 4 zugeführt. Die Kraftstoffeinspritzsteuerungseinheit 140 erzeugt das Entladezeitdauersignal des hohen Pegels während einer Zeitdauer von der Zeit t3 zu der Zeit t4. Der Entladeschalter 207, der in 2 veranschaulicht ist, wird hierdurch eingeschaltet.
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In einem Schritt 420 wird bestimmt, ob der Piezo-Strom größer oder gleich einem bestimmten Wert geworden ist oder nicht, oder ob eine bestimmte Zeit nach dem Zuführen des Entladesteuerungssignals des hohen Pegels (EIN) abgelaufen ist. Wenn in diesem Schritt 420 bestimmt wird, dass keine der vorstehend genannten Bedingungen erfüllt ist, wird in diesem Schritt 420 wiederholt bestimmt, ob eine Bedingung erfüllt ist oder nicht. Wenn in diesem Schritt 420 bestimmt wird, dass zumindest eine Bedingung erfüllt ist, schreitet die Verarbeitung zu einem Schritt 430 voran.
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In Schritt 430 wird das Entladesteuerungssignal des hohen Pegels gestoppt, d. h., es wird von dem hohen Pegel (EIN) zu dem niedrigen Pegel (AUS) geändert. Somit wird der Entladeschalter 207 ausgeschaltet. In einem Schritt 440 wird wie in Schritt 310 bestimmt, ob der Piezo-Strom auf Null geführt worden ist oder nicht. Wenn in diesem Schritt bestimmt wird, dass der Piezo-Strom nicht auf Null geführt worden ist, wird der Piezo-Strom in diesem Schritt 440 wiederholt uberwacht. Wenn in diesem Schritt 440 bestimmt wird, dass der Piezo-Strom auf Null geführt worden ist, schreitet die Verarbeitung zu einem Schritt 450 voran.
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In Schritt 450 wird bestimmt, ob das Entladezeitdauersignal EIN ist oder nicht. Wenn in diesem Schritt 450 bestimmt wird, dass das Entladezeitdauersignal EIN ist, springt die Verarbeitung zu Schritt 410 zurück. In diesem und nachfolgenden Fällen wird das Entladesteuerungssignal des hohen Pegels (EIN) wieder zugeführt, so dass die in den Piezo-Stapel 41 jeder Einspritzeinrichtung 1 geladene Piezo-Spannung entladen wird. Die Schritte 410 bis 450 werden wiederholt, während das Entladezeitdauersignal EIN ist. Wenn in diesen Schritt 450 bestimmt wird, dass das Entladezeitdauersignal auf AUS geändert worden ist, wird die Verarbeitung zum Entladen beendet.
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In 6 ist die Einspritzmenge der Einspritzeinrichtung 1 gegenüber der Ladeenergie des zugehörigen Piezo-Stapels 41 veranschaulicht. In dieser Figur zeigt die gestrichelte Linie das Ergebnis eines MS-Verfahrens gemäß dem Stand der Technik an und die durchgezogene Linie zeigt das Ergebnis gemäß dem Ausführungsbeispiel an.
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Bei dem MS-Verfahren gemäß dem Stand der Technik variiert die Einspritzzeitsteuerung von Einspritzeinrichtung 1 zu Einspritzeinrichtung 1. Folglich gibt es Fälle, bei denen das Steuerungsventil 3 durch das erste Ladesteuerungssignal angesteuert wird, und Fälle, bei denen das Steuerungsventil 3 durch das Ladesteuerungssignal in dem zweiten Moment und den nachfolgenden Momenten angesteuert wird. Aus diesem Grund wird das Steuerungsventil 3 durch das erste Ladesteuerungssignal angesteuert und die Einspritzmenge der Einspritzeinrichtung 1 wird einmal erfüllt. Das Steuerungsventil 3 einer anderen Einspritzeinrichtung wird durch das Ladesteuerungssignal in dem zweiten Moment oder den nachfolgenden Momenten angesteuert und die Einspritzmenge der Einspritzeinrichtung 1 wird wieder auf das Maximum vergrößert. In den Fällen gemäß dem Stand der Technik variiert, wie es vorstehend beschrieben ist, die Einspritzzeitsteuerung von Einspritzeinrichtung 1 zu Einspritzeinrichtung 1.
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Gemäß diesem Ausführungsbeispiel werden unterdessen die Steuerungsventile 3 aller Einspritzeinrichtungen 1 durch das erste Ladesteuerungssignal angesteuert. Aus diesem Grund wird die Einspritzmenge der Einspritzeinrichtung 1 auf einmal auf das Maximum vergrößert. Das heißt, eine Änderung in der Einspritzzeitsteuerung zwischen Einspritzeinrichtungen 1 kann verringert werden, wobei es somit möglich ist, Kraftstoff von den einzelnen Einspritzeinrichtungen 1 im Wesentlichen gleichzeitig einzuspritzen.
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Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird die nachstehend genannte Maßnahme getroffen, wenn die Ladespannung an den Piezo-Stapel 41 der Einspritzeinrichtung 1 angelegt wird, um das zugehörige Steuerungsventil 3 durch das MS-Verfahren anzusteuern: die Impulsbreite des ersten Ladesteuerungssignals, das dem Ladeschalter 204 zugeführt wird, um die Energieversorgung des Piezo-Stapels 41 der Einspritzeinrichtung 1 zu gestatten, wird auf eine derartige Impulsbreite eingestellt, dass die Steuerungsventile 3 aller Einspritzeinrichtungen 1 durch die an den Piezo-Stapel 41 jeder Einspritzeinrichtung 1 angelegten Piezo-Spannung, während der Ladeschalter 204 eingeschaltet ist, angesteuert werden. Anders ausgedrückt wird die erste Impulsbreite des ersten Ladesteuerungssignals, das dem Ladeschalter 204 zugeführt wird, größer gemacht als die zweite Impulsbreite des zweiten Ladesteuerungssignals und der nachfolgenden Ladesteuerungssignale.
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Somit können, auch wenn es eine Änderung in der Piezo-Spannung zur Ansteuerung der Steuerungsventile 3 der einzelnen Einspritzeinrichtungen 1 gibt, die Steuerungsventile 3 aller Einspritzeinrichtungen 1 durch das erste Ladesteuerungssignal veranlasst werden, eine Bewegung zu starten. Dementsprechend ist es möglich, eine Änderung in einem Zeitpunkt zu verringern, bei dem ein Ventilhub in den Steuerungsventilen 3 der einzelnen Einspritzeinrichtungen 1 gestartet wird.
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Die Konfiguration der in 1 veranschaulichten Einspritzeinrichtung 1 ist lediglich ein Beispiel und kann in verschiedenerlei Weise modifiziert werden. In ähnlicher Weise ist die in 2 veranschaulichte Schaltung lediglich ein Beispiel und kann modifiziert werden.
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Wie es vorstehend beschrieben ist, wird eine Impulsbreite eines ersten Ladesteuerungssignals, das einem Ladeschalter (204) zur Energieversorgung eines Piezo-Stapels (41) einer jeweiligen Einspritzeinrichtung (1) bei dem ersten Moment zugeführt wird, auf eine derartige erste Impulsbreite eingestellt, dass der Piezo-Stapel (41) jeder Einspritzeinrichtung (1) geladen wird, während der Ladeschalter (204) EIN ist, und Steuerungsventile (3) aller Einspritzeinrichtungen (1) durch dieses Laden jedes Piezo-Stapels (41) angesteuert werden, um eine Bewegung zu starten. Eine Impulsbreite des zweiten Ladesteuerungssignals und nachfolgender Ladesteuerungssignale, die dem Ladeschalter in einem zweiten Moment und nachfolgenden Momenten zugeführt werden, wird kürzer als die erste Impulsbreite eingestellt.
