DE102018117793B4

DE102018117793B4 - Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung

Info

Publication number: DE102018117793B4
Application number: DE102018117793.3A
Authority: DE
Inventors: Masahiro Watanabe; Daiji Ueda; Hiroki Tanada
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2017-08-23
Filing date: 2018-07-24
Publication date: 2022-08-25
Anticipated expiration: 2038-07-25
Also published as: DE102018117793A1; FR3070443A1; US20190063358A1; FR3070443B1; US11131264B2; JP2019039323A

Abstract

Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung, welche auf einen Kraftstoffinjektor (1) angewendet wird, aufweisend:einen Ventilkörper (40), welcher derart konfiguriert ist, dass dieser einen Einspritzanschluss (11) öffnet/schließt, durch welchen ein Kraftstoff eingespritzt wird;eine Steuerkammer (14, 15) zum Aufnehmen des Kraftstoffs, welcher eine Ventilschließkraft auf den Ventilkörper anwendet;ein Steuerventil (30), welches derart konfiguriert ist, dass dieses die Ventilschließkraft steuert, indem dieses einen Auslassdurchlass (13) öffnet/schließt, durch welchen der Kraftstoff aus der Steuerkammer strömt; undein piezoelektrisches Element (21a), welches derart konfiguriert ist, dass dieses das Steuerventil öffnet, wenn dieses derart elektrisch geladen ist, dass dieses sich ausdehnt;wobei die Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung aufweist:einen Ventilöffnungs-Steuerabschnitt (S20), welcher derart konfiguriert ist, dass dieser das Steuerventil öffnet, indem das piezoelektrische Element elektrisch geladen wird; undeinen Ventilschließungs-Steuerabschnitt (S30), welcher derart konfiguriert ist, dass dieser das Steuerventil schließt, indem das piezoelektrische Element elektrisch entladen wird, wobeider Ventilöffnungs-Steuerabschnitt beinhaltet:einen ersten Anstiegs-Steuerabschnitt (S23) zum Erhöhen einer Ladungsmenge des piezoelektrischen Elements während einer ersten Anstiegsdauer (T1);einen Pausen-Steuerabschnitt (S25) zum Pausieren einer Erhöhung der Ladungsmenge des piezoelektrischen Elements während einer Pausendauer (Tr) nach der ersten Anstiegsdauer;einen zweiten Anstiegs-Steuerabschnitt zum Erhöhen der Ladungsmenge des piezoelektrischen Elements nach der Pausendauer, wobeidie Pausendauer eine Zeitdauer unmittelbar vor dem Öffnen des Steuerventils umfasst.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung, welche eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung bzw. einen Kraftstoffinjektor steuert, der ein piezoelektrisches Element aufweist. Die Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung steuert ein Laden und Entladen des piezoelektrischen Elements.
Hintergrund
Die JP 2016-84748 A zeigt einen Kraftstoffinjektor, welcher einen Ventilkörper, der einen Einspritzanschluss öffnet/schließt, eine Steuerkammer, ein Steuerventil, das einen Kraftstoffdurchlass öffnet/schließt, und ein piezoelektrisches Element, welches das Steuerventil öffnet, aufweist. Wenn das Steuerventil den Kraftstoffdurchlass öffnet, strömt der Kraftstoff in der Steuerkammer heraus. Ein Kraftstoffdruck in der Steuerkammer wird verringert, und der Ventilkörper öffnet den Einspritzanschluss.
Es ist wünschenswert, eine Ventilöffnungs-Reaktion des Ventils zu verbessern. Um die Ventilöffnungs-Reaktion zu verbessern, kann eine steigende bzw. Anstiegsgeschwindigkeit der Spannung, die an ein piezoelektrisches Element angelegt wird, höher hergestellt werden. Allerdings wird, unmittelbar nachdem das Steuerventil geöffnet ist, in einfacher Weise ein Belastungsschwund erzeugt, was eine Beschädigung des piezoelektrischen Elements verursachen kann.
Bis das Steuerventil geöffnet ist, nachdem das piezoelektrische Element erregt wird, erhöht sich eine Lademenge des piezoelektrischen Elements, während sich das piezoelektrische Element nicht ausdehnt. Eine sich ausdehnende Kraft des piezoelektrischen Elements wird erhöht. Wenn die sich ausdehnende Kraft des piezoelektrischen Elements ausreichend erhöht wird, fängt das Steuerventil an, sich zu öffnen.
Unmittelbar nachdem das Steuerventil geöffnet wird, wird ein Kraftstoffdruck, welcher den Ventilkörper in einer Ventilschließrichtung vorspannt, rasch verringert. Aufgrund einer Trägheit, welche durch Ausdehnung des piezoelektrischen Elements verursacht wird, wird in dem piezoelektrischen Element eine Zugkraft erzeugt, welche als ein Belastungsschwund bezeichnet wird. Ein derartiger Belastungsschwund kann eine Beschädigung eines piezoelektrischen Elements verursachen.
Darüber hinaus offenbart die DE 10 2009 000 133 A1 , dass eine Knickpunkterfassungsanordnung einer elektronischen Antriebseinheit, die ein Kraftstoffeinspritzventil antreibt, einen Knickpunkt in einem Druckänderungsprozess des Drucks in einer Steuerungskammer erfasst. Bei Erfassung des Knickpunkts, der mit der Knickpunkterfassungsanordnung erfasst wird, ändert eine Lade- und Entladebedingungs-Änderungsanordnung der elektronischen Antriebseinheit eine Ladebedingung zum Zuführen des elektrischen Stroms zu einem piezoelektrischen Betätigungsglied des Kraftstoffeinspritzventils oder eine Entladebedingung zum Abführen des elektrischen Stroms aus dem piezoelektrischen Betätigungsglied.
Die DE 10 2012 202 344 A1 beschreibt ein Verfahren zur Druckregelung in einem Hochdruckbereich einer Brennkraftmaschine durch das Einstellen eines Kraftstoffabflusses aus dem Hochdruckbereich in einen Niederdruckbereich über einen Injektor, der ein über einen Piezo-Aktor verstellbares Steuerventil und einen Steuerraum aufweist. Das Verfahren umfasst die folgenden, in der angegebenen Reihenfolge auszuführenden Schritte: Aufladen des Piezo-Aktors mit einem ersten Signal, so dass das Steuerventil von einer geschlossenen Position in eine teilgeöffnete Position verfahren wird und Kraftstoff aus dem Hochdruckbereich in den Niederdruckbereich abfließt, Entladen des Piezo-Aktors mit einem zweiten Signal, so dass das Steuerventil in die geschlossene Position verfahren wird, und Teilentladen des Piezo-Aktors mit einem dritten Signal nach dem ersten Signal und vor dem zweiten Signal.
Zudem offenbart die DE 10 2008 001 602 A1 ein Verfahren zum Ansteuern eines Steuerventils eines Kraftstoff-Injektors, insbesondere eines Common-Rail-Injektors, mit einem mittels eines Aktuators zwischen einer Schließstellung und einer Öffnungsstellung verstellbaren Steuerventilelement. Es ist vorgesehen, dass der Aktuator derart bestromt wird, dass das Steuerventilelement in einer quasi-stationären Zwischenstellung stabilisiert wird. Ferner wird ein Kraftstoff-Einspritzsystem offenbart.
Kurzfassung
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, eine Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung vorzusehen, welche dazu in der Lage ist, eine Beschädigung eines piezoelektrischen Elements aufgrund eines Belastungsschwunds einzuschränken und dazu in der Lage ist, eine Ventilöffnungs-Reaktion zu verbessern.
Die vorstehende Aufgabe wird durch den Gegenstand von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der sich daran anschließenden abhängigen Ansprüche.
Gemäß der vorliegenden Offenbarung wird eine Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung auf einen Kraftstoffinjektor angewendet, aufweisend: einen Ventilkörper, der einen Einspritzanschluss öffnet/schließt, durch welchen ein Kraftstoff eingespritzt wird; eine Steuerkammer zum Aufnehmen des Kraftstoffs, welche eine Ventilschließkraft auf den Ventilkörper anwendet; ein Steuerventil, das die Ventilschließkraft steuert, indem dieses einen Auslassdurchlass öffnet/schließt, durch welchen der Kraftstoff aus der Steuerkammer strömt; und ein piezoelektrisches Element, welches das Steuerventil öffnet, wenn dieses elektrisch geladen ist, sodass dieses sich ausdehnt.
Die Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung beinhaltet: einen Ventilöffnungs-Steuerabschnitt, der das Steuerventil öffnet, indem dieser das piezoelektrische Element elektrisch lädt; und einen Ventilschließungs-Steuerabschnitt, der das Steuerventil schließt, indem dieser das piezoelektrische Element elektrisch entlädt.
Der Ventilöffnungs-Steuerabschnitt beinhaltet: einen ersten Anstiegs-Steuerabschnitt zum Erhöhen einer Ladungsmenge des piezoelektrischen Elements während einer ersten Anstiegsdauer; einen Pausen-Steuerabschnitt zum Pausieren einer Erhöhung der Ladungsmenge des piezoelektrischen Elements während einer Pausendauer nach der ersten Anstiegsdauer; und einen zweiten Anstiegs-Steuerabschnitt zum Erhöhen der Ladungsmenge des piezoelektrischen Elements nach der Pausendauer.
Die Pausendauer beinhaltet eine Dauer, unmittelbar bevor das Steuerventil geöffnet wird.
Figurenliste
Die vorstehende und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen deutlich werden. Es zeigt/es zeigen:

1 ein schematisches Diagramm, das einen Kraftstoffinjektor und eine Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt.
2 ein Diagramm, welches zeitliche Veränderungen eines Ladestroms und einer Ladespannung während einer Ladedauer und einer Entladedauer gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
3 eine Querschnittsansicht, die ein Steuerventil zeigt, welches geschlossen ist.
4 eine Querschnittsansicht, die ein Steuerventil zeigt, welches geöffnet ist.
5 ein Flussdiagramm, welches eine Ventilöffnungssteuerung und eine Ventilschließsteuerung zeigt.
6 ein Flussdiagramm, welches die Ventilöffnungssteuerung zeigt.
7 ein Flussdiagramm, welches die Ventilschließsteuerung zeigt.
8 ein Diagramm, welches ein experimentelles Ergebnis zeigt, das einen Belastungsschwund und eine Ventilschließungs-Reaktion in Hinblick auf eine erste Ausführungsform, ein erstes Vergleichsbeispiel und ein zweites Vergleichsbeispiel zeigt.
9 ein Diagramm, welches zeitliche Veränderungen einer Ladespannung gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt.
10 ein Diagramm, welches zeitliche Veränderungen einer Ladespannung gemäß einer dritten Ausführungsform zeigt; und
11 ein Diagramm, welches zeitliche Veränderungen einer Ladespannung gemäß einer vierten Ausführungsform zeigt.

Detaillierte Beschreibung
Eine Mehrzahl von Ausführungsformen wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben werden.
Erste Ausführungsform
1 zeigt einen Kraftstoffinjektor 1, welcher auf einer Maschine mit interner Verbrennung für ein Fahrzeug montiert ist. Die Maschine mit interner Verbrennung ist eine Dieselmaschine oder eine Benzinmaschine. Ein Hochdruckkraftstoff wird in einer (nicht näher dargestellten) Common-Rail angesammelt, um jedem Kraftstoffinjektor 1 zugeführt zu werden. Der Kraftstoffinjektor 1 spritzt den Kraftstoff in eine Brennkammer der Maschine mit interner Verbrennung ein.
Eine Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung, welche als eine Steuervorrichtung 2 bezeichnet werden wird, steuert einen Betrieb des Kraftstoffinjektors 1. Genauer gesagt steuert die Steuervorrichtung 2 ein Laden / Entladen des piezoelektrischen Elements 21a des Kraftstoffinjektors 1, um so eine Kraftstoffeinspritzmenge, einen Kraftstoffeinspritzzeitpunkt und eine Anzahl an Kraftstoffeinspritzungen zu steuern. Ferner steuert die Steuervorrichtung 2 eine (nicht näher dargestellte) Hochdruckpumpe, um so den Kraftstoffdruck in der Common-Rail zu steuern, welcher als ein zugeführter Kraftstoffdruck bezeichnet wird.
Die Steuervorrichtung 2 ist durch einen Mikrocomputer konfiguriert, welcher zumindest eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) und zumindest eine Speichervorrichtung, welche Programme und Daten speichert, beinhaltet. Die Speichervorrichtung ist ein nichtflüchtiges physikalisches Speichermedium, das vorrübergehend durch einen Computer lesbare Programme speichert. Die Speichervorrichtung wird durch einen Halbleiterspeicher, eine Magnetplatte und dergleichen vorgesehen. Die Programme werden durch die Steuervorrichtung 2 ausgeführt.
Eine elektronische Steuereinheit (ECU) 3 weist eine arithmetische Schaltung auf, die durch einen Mikrocomputer oder einen Mikrocontroller konfiguriert ist. Die arithmetische Schaltung beinhaltet einen Prozessor, eine RAM und eine wieder beschreibbare nicht-flüchtige Speichervorrichtung. Eine elektronische Treibereinheit (EDU) 4 legt gemäß Befehlssignalen, die ausgehend von der ECU 3 übertragen werden, eine Antriebsspannung an das piezoelektrische Element 21a an.
Die Steuervorrichtung 2 ist eine elektronische Steuereinheit, welche die ECU 3 und die EDU 4 beinhaltet, welche zusammen mit dem Kraftstoffinjektor 1 ein Kraftstoffeinspritzsystem konfiguriert. Die ECU 3 überträgt ein Befehlssignal einer Niederspannung (zum Beispiel 5 V) und die EDU 4 überträgt eine Antriebsspannung, welche höher ist als das Befehlssignal.
Die ECU 3 bestimmt die Einspritzmenge, den Einspritzzeitpunkt und die Anzahl an Kraftstoffeinspritzungen gemäß einer Drehgeschwindigkeit bzw. Drehzahl einer Kurbelwelle und einer Maschinenbelastung und überträgt das Befehlssignal anschließend an die EDU 4. Die EDU 4 führt dem piezoelektrischen Element 21a zu einem Zeitpunkt, welcher dem Befehlssignal entspricht, eine elektrische Leistung, welche dem Befehlssignal entspricht, zu und steuert eine Ladungsmenge sowie Entladungsmenge des piezoelektrischen Elements 21a. Das heißt, die Steuervorrichtung 2 steuert die Ladungs- / Entladungsmenge an das piezoelektrische Element 21a und den Ladungs- / Entladungszeitpunkt des piezoelektrischen Elements 21a gemäß einer Antriebsbedingung der Maschine mit interner Verbrennung.
Genauer gesagt beinhaltet die EDU 4 eine Boosterschaltung, einen Ladungsschalter, einen Entladungsschalter und einen Leitungsschalter, welche nicht näher dargestellt sind. Die Boosterschaltung boostet eine Batteriespannung (zum Beispiel 14 V) auf eine Hochspannung (zum Beispiel 150 bis 300 V). Der Leitungsschalter dient zum Steuern einer Erregung des piezoelektrischen Elements 21a.
Wenn sowohl der Ladungsschalter als auch der Leitungsschalter ANgeschaltet werden, wird eine Ladungsmenge des piezoelektrischen Elements 21a erhöht. Während einer Ladedauer wird der geladene Schalter ANgeschaltet gehalten und der Leitungsschalter wird wiederholt AN- / AUSgeschaltet, wobei die Ladungsmenge und eine Ladungsrate durch die Steuervorrichtung 2 gesteuert werden.
Wenn sowohl der Entladungsschalter als auch der Leitungsschalter ANgeschaltet werden, wird eine Entladungsmenge des piezoelektrischen Elements 21a erhöht. Während einer Entladedauer wird der entladene Schalter ANgeschaltet gehalten und der Leitungsschalter wird AN- / AUSgeschaltet, wobei die Entladungsmenge und eine Entladungsrate durch die Steuervorrichtung 2 gesteuert werden.
Der Kraftstoffinjektor 1 ist an einem Zylinderkopf der Maschine mit interner Verbrennung vorgesehen und spritzt den Hochdruckkraftstoff durch den Einspritzanschluss 11 direkt in die Brennkammer der Maschine mit interner Verbrennung ein. Der Kraftstoffinjektor 1 benutzt einen Teil eines Hochdruckkraftstoffs, um den Einspritzanschluss 11 zu öffnen/schließen. Ein Teil des Kraftstoffs, welcher dem Kraftstoffinjektor 1 zugeführt wird, wird zu einem (nicht näher dargestellten) Kraftstofftank rückgeführt.
Der Kraftstoffinjektor 1 weist einen Körper 10, einen Aktuator 20, ein Steuerventil 30 und eine Nadel 40 auf. Der Körper 10 definiert den Einspritzanschluss 11, einen Hochdruckdurchlass 12, einen Niedrigdruckdurchlass 13, eine Ventilkammer 14, eine Gegendruckkammer 15 und eine Düsenkammer 16. Der Hochdruckkraftstoff, der von der Common-Rail zugeführt wird, strömt durch den Hochdruckdurchlass 12 und die Düsenkammer 16. Anschließend wird der Hochdruckkraftstoff von dem Einspritzanschluss 11 in eine Brennkammer eingespritzt. Ein Teil des Hochdruckkraftstoffs, der von dem Hochdruckdurchlass 12 zugeführt wird, wird verwendet, um den Einspritzanschluss 11 zu öffnen und schließen. Der Kraftstoff, der von der Gegendruckkammer 15 und der Ventilkammer 14 abgeführt wird, wird durch den Niedrigdruckdurchlass 13 zu dem Kraftstofftank rückgeführt.
Da die Gegendruckkammer 15 und die Ventilkammer 14 immer miteinander in Verbindung stehen, sind der Kraftstoffdruck in der Gegendruckkammer 15 und der Kraftstoffdruck in der Ventilkammer 14 im Wesentlichen gleich, falls eine Zeitverzögerung ignoriert wird. Die Gegendruckkammer 15 und die Ventilkammer 14 entsprechen einer Steuerkammer. Der Kraftstoff in der Steuerkammer wendet eine Ventilschließkraft auf die Nadel 40 an. Der Niedrigdruckdurchlass 13 entspricht einem Auslassdurchlass, durch welchen der Kraftstoff aus der Steuerkammer strömt.
Die Nadel (Ventilkörper) 40 öffnet/schließt den Einspritzanschluss 11. Die Nadel 40 nimmt eine elastische Kraft eines elastischen Bauteils 41 in einer Ventilschließrichtung auf. Der Kraftstoffdruck in der Gegendruckkammer 15 wird in einer Ventilschließrichtung auf ein druckaufnehmendes Ende der Nadel 40 angewendet. Der Kraftstoffdruck in der Düsenkammer 16 wird in einer Ventilöffnungsrichtung auf ein Spitzenende der Nadel 40 angewendet. Somit bewegt sich die Nadel 40 in einer Ventilöffnungsrichtung, sodass der Kraftstoff von dem Einspritzanschluss 11 eingespritzt wird, wenn der Kraftstoffdruck in der Gegendruckkammer 15 stärker verringert ist als ein vorgegebener Druck. Wenn der Kraftstoffdruck in der Gegendruckkammer 15 stärker erhöht wird als oder gleich dem vorgegebenen Druck ist, bewegt sich die Nadel in einer Ventilschließrichtung, sodass eine Kraftstoffeinspritzung beendet wird.
Das Steuerventil 30 ist in der Ventilkammer 14 angeordnet und weist ein erstes Ventil 31, ein zweites Ventil 32 und einen Flanschabschnitt 33 auf. Wenn das erste Ventil 31 auf einem ersten Ventilsitz 14a anliegt, mit dem der Körper 10 vorgesehen ist, sind die Ventilkammer 14 und der Niedrigdruckdurchlass 13 fluidmäßig voneinander getrennt. Wenn sich das erste Ventil 31 von dem ersten Ventilsitz 14a weg bewegt, sind die Ventilkammer 14 und der Niedrigdruckdurchlass 13 fluidmäßig verbunden. Wenn das zweite Ventil 32 an einem zweiten Ventilsitz 14b anliegt, mit dem der Körper 10 vorgesehen ist, sind die Ventilkammer 14 und die Düsenkammer 16 fluidmäßig voneinander getrennt. Wenn sich das zweite Ventil 32 von dem zweiten Ventilsitz 14b weg bewegt, sind die Ventilkammer 14 und die Düsenkammer 16 fluidmäßig miteinander verbunden. Das erste Ventil 31 weist eine sphärische Außenoberfläche auf, welche dazu in der Lage ist, an dem ersten Ventilsitz 14a anzuliegen. Das zweite Ventil 32 weist eine flache Oberfläche auf, welche dazu in der Lage ist, an dem zweiten Ventilsitz 14b anzuliegen. Wenn eines ausgewählt aus dem ersten Ventil 31 und dem zweiten Ventil 32 auf der Sitzoberfläche sitzt bzw. an dieser anliegt, bewegt sich das andere weg von der Sitzoberfläche.
Ein elastisches Bauteil 34 spannt den Flanschabschnitt 33 auf eine derartige Weise vor, dass das erste Ventil 31 an dem ersten Ventilsitz 14a anliegt. Der Aktuator 20 wendet eine Antriebskraft auf das erste Ventil 31 an, sodass sich das erste Ventil 31 von dem ersten Ventilsitz 14a weg bewegt. Wenn das erste Ventil 31 an dem ersten Ventilsitz 14a anliegt, wird der Kraftstoffdruck in der Ventilkammer 14 in einer Ventilschließrichtung auf das erste Ventil 31 angewendet. Wenn das erste Ventil 31 sich von dem ersten Ventilsitz 14a weg bewegt und das zweite Ventil 32 an dem zweiten Ventilsitz 14b anliegt, wird der Kraftstoffdruck in der Düsenkammer 16 in einer Ventilschließrichtung auf das erste Ventil 31 und in einer Ventilöffnungsrichtung auf das zweite Ventil 32 angewendet.
3 zeigt, dass das erste Ventil 31 an dem ersten Ventilsitz 14a anliegt. In diesem Zustand fängt das erste Ventil 31 an, sich von dem ersten Ventilsitz 14a weg zu bewegen, wenn eine Antriebskraft des Aktuators 20 größer wird als eine Summe der Vorspannkraft des elastischen Bauteils 34 und einer Kraftstoffkraft Fa (Ventilschließkraft) in der Ventilkammer 14. Nachdem das erste Ventil 31 sich von dem ersten Ventilsitz 14a weg bewegt, wird der Kraftstoffdruck in der Ventilkammer 14 verringert und die Kraftstoffkraft Fa wird kleiner, wie in 4 gezeigt wird.
Nachdem das erste Ventil 31 geschlossen wird, wenn der Aktuator 20 das Steuerventil 30 nach unten drückt, liegt das zweite Ventil 32 an dem zweiten Ventilsitz 14b an. Das heißt, das zweite Ventil 32 wechselt von einem Ventilöffnungszustand zu einem Ventilschließzustand. Es ist notwendig, dass eine Antriebskraft des Aktuators 20 größer ist als eine Gesamtkraft der Vorspannkraft des elastischen Bauteils 34 und der Kraftstoffkraft in der Düsenkammer 16, um den Ventilschließzustand zu halten.
Der Aktuator 20 weist einen Piezostapel 21, ein elastisches Bauteil 22, eine Angrenzungsplatte 23, ein Führungsbauteil 24, einen Kolben 25 mit großem Durchmesser, einen Kolben 26 mit kleinem Durchmesser, eine Feder 27 und eine Stange 28 auf. Der Piezostapel 21 beinhaltet eine Mehrzahl von piezoelektrischen Elementen 21a und ein Haltebauteil 21b, welches die piezoelektrischen Elemente 21a hält. Ein piezoelektrisches Element 21a weist eine Plattenform auf und eine Mehrzahl von piezoelektrischen Elementen 21a ist in einer Richtung arrangiert, die senkrecht zu einer Plattenoberfläche verläuft. Zusätzlich sind die piezoelektrischen Elemente 21a in Reihe elektrisch verbunden.
Die piezoelektrischen Elemente 21a fungieren als ein Aktuator, indem diese sich aufgrund eines inversen piezoelektrischen Effekts ausdehnen und zusammenziehen. Genauer gesagt ist jedes der piezoelektrischen Elemente 21a eine kapazitive Belastung, die sich ausdehnt, wenn diese elektrisch geladen wird, und sich zusammenzieht, wenn diese elektrisch entladen wird.
Das elastische Bauteil 22 wird in einer axialen Richtung elastisch verformt, um so eine Druckvorbelastung Fpre (vergleiche 8) auf die Angrenzungsplatte 23 anzuwenden. Die Angrenzungsplatte 23 steht mit dem Piezostapel 21 in Kontakt, um die Druckvorbelastung Fpre auf den Piezostapel 21 zu übertragen. Der Piezostapel 21 ist sandwichartig zwischen einer Innenwand des Körpers 10 und der Angrenzungsplatte 23 eingefügt, während dieser eine Druckkraft von der Angrenzungsplatte 23 aufnimmt. Das heißt, dass ungeachtet dessen, ob das piezoelektrische Element 21a erregt ist oder nicht, die Druckvorbelastung Fpre auf die piezoelektrischen Elemente 21a angewendet wird.
Das Führungsbauteil 24 hält den Kolben 25 mit großem Durchmesser und den Kolben 26 mit kleinem Durchmesser auf eine derartige Weise, dass die Kolben 25, 26 dazu fähig sind, in dem Führungsbauteil 24 zu gleiten. Eine Innenwandoberfläche des Führungsbauteils 24, eine niedrigere bzw. untere Endoberfläche des Kolbens 25 mit großem Durchmesser und eine obere Endoberfläche des Kolbens 26 mit kleinem Durchmesser definieren eine öldichte Kammer 24a. Die öldichte Kammer 24a ist mit dem Kraftstoff gefüllt.
Die Feder 27 wendet eine elastische Kraft auf den Kolben 26 mit kleinem Durchmesser an. Der Kolben 26 mit kleinem Durchmesser wird durch die elastische Kraft der Feder 27 und die Kraftstoffkraft in der öldichten Kammer 24a hin zu dem ersten Ventil 31 vorgespannt. Dabei bewegt sich das erste Ventil 31 weg von dem ersten Ventilsitz 14a. Das heißt, das erste Ventil 31 nimmt eine Ventilöffnungskraft auf.
Nachfolgend wird ein Betrieb des Kraftstoffinjektors 1 beschrieben werden.
Wenn das piezoelektrische Element 21a erregt wird, sodass dieses sich ausdehnt, bewegt sich der Kolben 25 mit großem Durchmesser hin zu dem Kolben 26 mit kleinem Durchmesser. Eine Bewegung des Kolbens 25 mit großem Durchmesser wird durch die öldichte Kammer 24a an den Kolben 26 mit kleinem Durchmesser übertragen, und der Kolben 26 mit kleinem Durchmesser bewegt sich hin zu dem Steuerventil 30. Das Steuerventil 30 wird nach unten gedrückt, sodass sich das erste Ventil 31 von dem ersten Ventilsitz 14a weg bewegt.
Der Kraftstoff in der Ventilkammer 14 wird durch die Ausflussöffnung 13a und den Niedrigdruckdurchlass 13 abgeführt, sodass der Kraftstoffdruck in der Ventilkammer 14 verringert wird. Da die Ventilkammer 14 mit der Gegendruckkammer 15 in Verbindung steht, wird auch der Kraftstoffdruck in der Gegendruckkammer 15 verringert. Die Nadel 40 fängt an, sich nach oben zu bewegen.
Das zweite Ventil 32 ist noch geschlossen, unmittelbar nachdem das erste Ventil 31 geöffnet wird. Nachdem das erste Ventil 31 geöffnet wird, werden die piezoelektrischen Elemente 21a ausgedehnt, sodass das zweite Ventil 32 an dem zweiten Ventilsitz 14b anliegt. Das heißt, das zweite Ventil 32 ist geschlossen. Die Düsenkammer 16 und die Ventilkammer 14 sind fluidmäßig voneinander getrennt. Im Ergebnis wird der Kraftstoffdruck in der Ventilkammer 14 und der Gegendruckkammer 15 verringert und die Nadel 40 fängt an, sich nach oben zu bewegen. Das heißt, es wird vorangetrieben, eine Zeitdauer bzw. Zeitspanne zu reduzieren, in welcher die Nadel 40 geöffnet wird, nachdem das piezoelektrische Element 21a anfängt, erregt zu werden. Eine Ventilöffnungs-Ansprechempfindlichkeit der Nadel 40 wird verbessert.
Wenn das piezoelektrische Element 21a entregt wird, sodass dieses sich zusammenzieht, bewegen sich der Kolben 25 mit großem Durchmesser und der Kolben 26 mit kleinem Durchmesser von der Ventilkammer 14 weg. Das Steuerventil 30 bewegt sich durch die elastische Kraft des elastischen Bauteils 34 näher an den Aktuator 20. Im Ergebnis bewegt sich das zweite Ventil 32 weg von dem zweiten Ventilsitz 14b und das erste Ventil 31 liegt an dem ersten Ventilsitz 14a an.
Die Düsenkammer 16 und die Ventilkammer 14 sind fluidmäßig miteinander verbunden und die Ventilkammer 14 und der Niedrigdruckdurchlass 13 sind fluidmäßig voneinander getrennt. Der Kraftstoff hört auf, aus der Ventilkammer 14 in den Niedrigdruckdurchlass 13 zu strömen. Der Kraftstoff strömt aus der Düsenkammer 16 in die Ventilkammer 14, sodass der Kraftstoffdruck in der Ventilkammer 14 zunimmt. Da die Ventilkammer 14 mit der Gegendruckkammer 15 in Verbindung steht, nimmt auch der Kraftstoffdruck in der Gegendruckkammer 15 zu. Der Gegendruck der Nadel 40 nimmt zu, sodass die Nadel 40 anfängt, sich nach unten zu bewegen, um den Einspritzanschluss 11 zu schließen.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf 2 ein Betrieb der Steuervorrichtung 2 beschrieben werden.
In 2 zeigen (a) und (b) Befehlssignale, welche die ECU 3 an die EDU 4 überträgt. Die Befehlssignale stellen einen Einspritzbefehl, einen Ladungsbefehl und einen Entladungsbefehl dar. (c) und (d) zeigen einen Piezostrom, welcher durch die piezoelektrischen Elemente 21a fließt, und eine Piezospannung, welche an die piezoelektrischen Elemente 21a angelegt wird. Bei (c) entspricht der Piezostrom auf einer Plusseite einem Ladungsstrom, und der Piezostrom auf einer Minusseite entspricht einem Entladungsstrom. Bei (d) entspricht die steigende Piezospannung einer Ladungsspannung und die fallende Piezospannung entspricht einer Entladungsspannung.
Die ECU 3 berechnet eine Einspritzbefehlszeit Tq entsprechend einer erforderlichen Einspritzmenge und einem Zufuhr-Kraftstoffdruck. Anschließend gibt die ECU 3 das Einspritzbefehlssignal entsprechend der berechneten Einspritzbefehlszeit Tq aus. Die Zeitspanne, während welcher das Einspritzbefehlssignal ausgegeben wird, ist in eine Ladedauer Tc und eine Haltedauer Th unterteilt. Während der Ladedauer Tc wird das Ladungs-Befehlssignal ausgegeben. Während der Ladedauer Tc führt die EDU 4 eine Ladesteuerung durch, welche später beschrieben werden wird. Während der Haltedauer Th führt die EDU 4 eine Haltesteuerung durch, welche später beschrieben werden wird. Während einer Entladedauer To führt die EDU 4 eine Entladesteuerung durch, welche später beschrieben werden wird.
Die Ladesteuerung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf 2 beschrieben werden.
Die EDU 4 schaltet den Ladungsschalter während einer Dauer an, in welcher das Einspritzbefehlssignal ausgegeben wird. Ferner schaltet die EDU 4 den Leitungsschalter zu einer Zeit an, wenn das Einspritzbefehlssignal steigt. Wie bei (c) und (d) von 2 gezeigt wird, fangen die Ladungsspannung und der Ladungsstrom an zu steigen. Die Steuervorrichtung 2 weist eine Schaltung auf, welche die elektrische Ladung des piezoelektrischen Elements 21a erfasst. Wenn eine Erhöhung einer erfassten elektrischen Ladung eine spezifizierte Menge erreicht, schaltet die Steuervorrichtung 2 den Leitungsschalter AUS. Dabei fängt der Ladungsstrom an zu fallen, wie bei (c) von 2 gezeigt wird. Streng genommen steigt die Piezospannung weiter, selbst wenn der Leitungsschalter AUSgeschaltet wird. Die Anstiegsgeschwindigkeit der Piezospannung während des AUSzustands des Leitungsschalters ist langsamer als die Anstiegsgeschwindigkeit der Piezospannung während des ANzustands des Leitungsschalters.
Wenn die spezifizierte Zeitspanne verstrichen ist, nachdem der Leitungsschalter AUSgeschaltet wird, wird der Leitungsschalter wieder ANgeschaltet. Bis eine Erhöhung einer elektrischen Ladung eine spezifizierte Menge erreicht, wird die Steuervorrichtung 2 ANgeschaltet gehalten. Wie vorstehend wird der Leitungsschalter mehrmals wiederholt AN- / AUSgeschaltet, wobei die Ladungsmenge des piezoelektrischen Elements 21a erhöht wird. Die Ladungsmenge entspricht einer elektrischen Energie, die in dem piezoelektrischen Element 21a gespeichert wird, welche proportional zu der Piezospannung ist.
Die Haltesteuerung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf 2 beschrieben werden.
Wenn die Piezospannung die Sollspannung Vtrg erreicht, wird die Ladesteuerung beendet. Der Befehl verändert sich von der Ladedauer Tc zu der Haltedauer Th. Während der Haltedauer Th führt die Steuervorrichtung 2 die Haltesteuerung durch, in welcher die piezoelektrische Spannung bei der Sollspannung Vtrg gehalten wird. Die Sollspannung Vtrg wird auf eine derartige Weise eingerichtet, dass das zweite Ventil 32 nicht geöffnet wird. Falls die Sollspannung Vtrg exzessiv klein ist, wird eine Vorspannkraft des zweiten Ventils 32 hin zu dem zweiten Ventilsitz 14b unzureichend. Es ist wahrscheinlich, dass das zweite Ventil 32 durch den Kraftstoffdruck in der Düsenkammer 16 geöffnet werden kann. Je höher der zugeführte bzw. Zufuhr-Kraftstoffdruck ist, desto höher wird die Sollspannung eingerichtet.
Die Entladesteuerung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf 2 beschrieben werden.
Wenn die Einspritzbefehlszeit Tq nach einem Start einer Erregung verstrichen ist, wechselt die Haltedauer Th zu der Entladedauer To. Während der Entladedauer To wird der Entladungsschalter ANgeschaltet. Ferner schaltet die EDU 4 den Leitungsschalter zu einer Zeit AN, wenn das Entladungsbefehlssignal steigt. Wie bei (c) und (d) von 2 gezeigt wird, fangen die Ladungsspannung und der Ladungsstrom an zu fallen. Die Steuervorrichtung 2 schaltet den Leitungsschalter AUS, wenn eine Verringerung einer erfassten elektrischen Ladung eine spezifizierte Menge erreicht. Dabei fängt der Ladungsstrom an zu steigen, wie bei (c) von 2 gezeigt wird. Streng genommen fällt die Piezospannung weiter, selbst wenn der Leitungsschalter ausgeschaltet wird. Die Fallrate der Piezospannung während des AUSzustands des Leitungsschalters ist langsamer als die Fallrate der Piezospannung während des ANzustands des Leitungsschalters.
Das erste Ventil 31 wird in der Ladedauer Tc geöffnet. Das zweite Ventil 32 wird vor der Haltedauer Th geschlossen. In der Ladedauer To wird das zweite Ventil 32 geöffnet und das erste Ventil 31 geschlossen. Die Ladungssteuerung kann als eine Ventilöffnungssteuerung, bei welcher das erste Ventil 31 geöffnet wird, bezeichnet werden. Die Entladungssteuerung kann auch als eine Ventilöffnungssteuerung, bei welcher das zweite Ventil 32 geöffnet wird, bezeichnet werden.
Unmittelbar nachdem das erste Ventil 31 geöffnet wird, strömt der Kraftstoff in der Ventilkammer 14 heraus sofort zu dem Niedrigdruckdurchlass 13, wie durch einen Pfeil in 4 angegeben wird, sodass der Kraftstoffdruck in der Ventilkammer 14 abrupt abfällt. Daher wird die Kraftstoffkraft Fa abrupt von der Kraftstoffkraft gesenkt, die in 3 gezeigt wird, unmittelbar nachdem das erste Ventil 31 geöffnet wird. Im Ergebnis wird das Steuerventil 30 geöffnet. Die Stange 28 und der Kolben 26 mit kleinem Durchmesser bewegen sich näher an das Steuerventil 30. Der hydraulische Druck in der öldichten Kammer 24a verringert sich rasch. Der hydraulische Druck in der öldichten Kammer 24a übt eine Kraft (Ausweitungs-Widerstandskraft) entgegen der Antriebskraft des piezoelektrischen Elements 21a aus. Daher verursacht eine plötzliche Verringerung des hydraulischen Drucks in der öldichten Kammer 24a eine plötzliche Verringerung der Ausweitungs-Widerstandskraft, welche auf die piezoelektrischen Elemente 21a angewendet wird.
Das piezoelektrische Element 21a wird in einfacher Weise durch die Zugbelastung beschädigt. Wenn die Ausweitungs-Widerstandskraft rasch verringert wird, wird eine Druckbelastung, die auf die piezoelektrischen Elemente 21a angewendet wird, kleiner als eine Druckvorbelastung Fpre, welche eine Beschädigung des piezoelektrischen Elements 21a verursachen kann. Ein derartiges Phänomen, dass die Druckbelastung sich unmittelbar nach der Ventilöffnung verringert, wird als „Belastungsschwund“ bezeichnet.
Je höher eine Anstiegsgeschwindigkeit der Piezospannung bei der Ladesteuerung (Ventilöffnungssteuerung) ist, desto weiter wird eine Ventilöffnungs-Reaktion des Steuerventils 30 verbessert, wobei eine Ventilöffnungs-Reaktion der Nadel 40 verbessert wird. Allerdings wird der vorstehend beschriebene Belastungsschwund im Gegensatz dazu groß und die Möglichkeit bzw. Wahrscheinlichkeit einer Beschädigung des piezoelektrischen Elements 21a erhöht sich.
Indem bei der Ladesteuerung (Ventilöffnungssteuerung) eine Pausendauer Tr vorgesehen wird, wie in 2 gezeigt wird, wird die Anstiegsgeschwindigkeit der Piezospannung erhöht und die Ventilöffnungs-Reaktion wird verbessert, wodurch eine Erhöhung hinsichtlich eines Belastungsschwunds eingeschränkt werden kann. Das heißt, bis ab einem Start eines Ladens des piezoelektrischen Elements 21a in der Ladedauer Tc eine erste Anstiegsdauer T1 verstreicht, werden die piezoelektrischen Elemente 21a auf eine derartige Weise geladen, dass eine Anstiegsgeschwindigkeit ΔV der Piezospannung zu einer ersten Geschwindigkeit A1 wird. Während der Pausendauer Tr nach der ersten Anstiegsdauer T1 ist die Anstiegsgeschwindigkeit ΔV der Piezospannung auf null eingestellt. Während einer zweiten Anstiegsdauer T2 wird die Anstiegsgeschwindigkeit ΔV der Piezospannung zu einer zweiten Geschwindigkeit A2.
Die zweite Geschwindigkeit A2 ist derart eingestellt, dass diese schneller ist als die erste Geschwindigkeit A 1. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist die Entladegeschwindigkeit „B“ in der Entladedauer To derart eingestellt, dass diese gleich der ersten Geschwindigkeit A1 ist. Die zweite Geschwindigkeit A2 kann gleich der Entladegeschwindigkeit „B“ sein.
Unter Bezugnahme auf die 5 bis 7 werden nachfolgend Verfahren der Ventilöffnungssteuerung und der Ventilschließsteuerung beschrieben werden.
Der Prozess, der in 5 gezeigt wird, wird während einer Betriebsdauer bzw. -zeitspanne der Maschine mit interner Verbrennung wiederholt ausgeführt. In S10 wird bestimmt, ob die ECU 3 ein Einspritzbefehlssignal überträgt. Wenn die Antwort in S10 JA ist, dann schreitet das Verfahren zu S20 fort, in welchem die Ventilöffnungssteuerung durchgeführt wird, die in 6 gezeigt wird. Wenn die Antwort in S10 NEIN ist, dann schreitet das Verfahren zu S30 fort, in welchem die Ventilschließsteuerung durchgeführt wird, die in 7 gezeigt wird. Das Einspritzbefehlssignal weist eine Länge auf, die der Einspritzbefehlszeit Tq entspricht, und wird zu einem Zeitpunkt übertragen, welcher dem Soll-Einspritzzeitpunkt entspricht.
In S21 von 6 wird bestimmt, ob dieser in der Ladedauer Tc liegt. Die Ladedauer Tc startet bei der Anstiegsflanke des Einspritzbefehlssignals und endet zu einem Zeitpunkt, wenn die Piezospannung die Sollspannung Vtrg erreicht.
Wenn die Antwort in S21 JA ist, dann schreitet das Verfahren zu S22 fort, in welchem bestimmt wird, ob dieser in der ersten Anstiegsdauer T1, der Pausendauer Tr oder der zweiten Anstiegsdauer T2 liegt. Die Länge der ersten Anstiegsdauer T1 ist vorgegeben. Die erste Anstiegsdauer T1 wechselt nachfolgend zu der Pausendauer Tr. Die Länge der Pausendauer Tr ist vorgegeben. Die Pausendauer Tr wechselt nachfolgend zu der zweiten Anstiegsdauer T2.
Eine Dauer unmittelbar vor der Öffnung des ersten Ventils 31 ist in der Pausendauer Tr beinhaltet. Ein Ventilöffnungs-Startzeitpunkt des ersten Ventils 31 ist in der Pausendauer Tr beinhaltet. Genauer gesagt wird die Pausendauer Tr fortgesetzt, bis der Piezostrom null wird.
Wenn dieser in der ersten Anstiegsdauer T1 liegt, schreitet das Verfahren zu S23 fort, in welchem die Anstiegsgeschwindigkeit ΔV der Piezospannung auf die erste Geschwindigkeit A1 eingestellt ist. Die erste Geschwindigkeit A1 beträgt einen vorgegebenen Wert. Wenn dieser in der zweiten Anstiegsdauer T2 liegt, schreitet das Verfahren zu S24 fort, in welchem die Anstiegsgeschwindigkeit ΔV der Piezospannung auf die zweite Geschwindigkeit A2 eingestellt ist. Die zweite Geschwindigkeit A 2 beträgt einen vorgegebenen Wert, welcher schneller ist als die erste Geschwindigkeit A 1.
Wenn bestimmt wird, dass dieser in der Pausendauer Tr liegt, schreitet das Verfahren zu S25 fort, in welchem die Ladungssteuerung gestoppt wird, sodass die Anstiegsgeschwindigkeit ΔV der Piezospannung null wird. Es ist zu beachten, dass das Verfahren zu S25 fortschreitet, in welchem die Ladungssteuerung gestoppt wird, sodass die Anstiegsgeschwindigkeit ΔV der Piezospannung null wird, wenn dieser bei S21 bestimmt wird, sodass dieser nicht in der Ladungsdauer Tc liegt.
In S31 von 7 wird bestimmt, ob dieser in der Entladedauer To liegt. Wenn die Antwort in S31 JA ist, dann schreitet das Verfahren zu S32 fort, in welchem eine fallende bzw. Fallgeschwindigkeit ΔV der Piezospannung auf die Entladegeschwindigkeit „B“ eingestellt ist. Wenn die Antwort in S31 NEIN ist, dann schreitet das Verfahren zu S33 fort, in welchem die Piezospannung null wird.
Die Steuervorrichtung 2, die S20 durchführt, entspricht einem „Ventilöffnungs-Steuerabschnitt“ und die Steuervorrichtung 2, die S30 durchführt, entspricht einem „Ventilschließungs-Steuerabschnitt“. Die Steuervorrichtung 2, die S23 durchführt, entspricht einem „ersten Anstiegs-Steuerabschnitt“ und die Steuervorrichtung 2, die S24 durchführt, entspricht einem „zweiten Anstiegs-Steuerabschnitt“. Ferner entspricht die Steuervorrichtung 2, die S25 durchführt, einem „Pausen-Steuerabschnitt“.
8 ist ein Zeitdiagramm, das einen Reduzierungs-Effekt eines Belastungsschwunds und eine verbesserte Reaktion einer Ventilschließungs-Reaktion gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt. 8 zeigt auch ein erstes Vergleichsbeispiel und das zweite Vergleichsbeispiel. In 8 zeigen durchgehende Linien „I“, „V“, „F“ die vorliegende Ausführungsform, gestrichelte Linien „Ia“, „Va“, „Fa“ zeigen das erste Vergleichsbeispiel. Eine Strich-Punktlinie „Fb“ zeigt das zweite Vergleichsbeispiel.

(a) und (b) von 8 zeigen den Piezostrom und die Piezospannung. (d) zeigt einen Hubbetrag des Steuerventils 30. (c) von 8 zeigt eine Kraft (wirkende Kraft), die auf die piezoelektrischen Elemente 21a wirkt. Bei einem Start des Ladens wird die Druckvorbelastung Fpre als die wirkende Kraft auf die piezoelektrischen Elemente 21a angewendet. Wenn das Steuerventil 30 geöffnet wird, wird die wirkende Kraft zusammen mit einer Kraftstoffdruckerhöhung in der Ventilkammer 14 reduziert. Anschließend wird die wirkende Kraft aufgrund eines Belastungsschwunds niedriger als die Druckvorbelastung Fpre. Je weniger die wirkende Kraft unmittelbar nach Ventilöffnung verringert wird, desto weniger werden die piezoelektrischen Elemente 21a beschädigt.

Wie bei (b) von 8 gezeigt wird, weist das erste Vergleichsbeispiel keine Pausendauer Tr auf. Die Anstiegsgeschwindigkeit ΔV (= A0) der Piezospannung wird niedriger hergestellt als die erste Geschwindigkeit A1 und die zweite Geschwindigkeit A2. Die Anstiegsgeschwindigkeit ΔV beträgt bei dem ersten Vergleichsbeispiel einen konstanten Wert. Daher dauert es eine lange Zeitspanne, bis die piezoelektrischen Elemente 21a elektrisch geladen sind, um das Ventil zu öffnen. Wie bei (d) von 8 gezeigt wird, wird im Unterschied zu dem Ventilöffnungszeitpunkt des Steuerventils 30 bei der vorliegenden Ausführungsform ein Ventilöffnungszeitpunkt des Steuerventils 30 verzögert bzw. aufgeschoben.
Das zweite Vergleichsbeispiel weist keine Pausendauer Tr auf. Die Anstiegsgeschwindigkeit ΔV der Piezospannung ist auf die erste Geschwindigkeit A1 eingestellt. Die Anstiegsgeschwindigkeit ΔV beträgt einen konstanten Wert. Der Ventilöffnungszeitpunkt des Steuerventils 30 wird weiter vorverlegt als das erste Vergleichsbeispiel. Allerdings wird die wirkende Kraft stärker verringert als das erste Vergleichsbeispiel, was eine Beschädigung der piezoelektrischen Elemente 21a verursachen kann, wie durch Pfeile bei (c) von 8 gezeigt wird.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird die Pausensteuerung durchgeführt, unmittelbar bevor das Steuerventil 30 geöffnet wird. Eine Erhöhung einer Ladungsmenge wird vorübergehend gestoppt. Die Verringerung der wirkenden Kraft unmittelbar nachdem das Ventil geöffnet wird, wird kleiner. Das heißt, selbst falls die Anstiegsgeschwindigkeit ΔV der Piezospannung höher hergestellt wird, ist es weniger wahrscheinlich, dass die piezoelektrischen Elemente 21a beschädigt werden. Genauer gesagt wird die Anstiegsgeschwindigkeit ΔV der Piezospannung höher hergestellt als die des ersten Vergleichsbeispiels, wie bei (b) von 8 gezeigt wird. Die Ventilöffnungszeit des Steuerventils 30 kann weiter vorverlegt sein als die des ersten Vergleichsbeispiels, wie bei (d) gezeigt wird. Allerdings kann die Verringerung der wirkenden Kraft im Wesentlichen gleich eingestellt werden wie das erste Vergleichsbeispiel, wie bei (c) gezeigt wird.
Die folgenden Erkenntnisse werden anhand der Testergebnisse erhalten, die in 8 gezeigt werden. Das heißt, dass der Belastungsschwund umso stärker erhöht wird, je höher die Anstiegsgeschwindigkeit ΔV hergestellt wird. Indem das elektrische Laden vorrübergehend gestoppt wird, unmittelbar bevor das Steuerventil 30 geöffnet wird, kann der Belastungsschwund verringert werden.
In Hinblick auf das Vorstehende stoppt die Steuervorrichtung 2 vorrübergehend das Laden der piezoelektrischen Elemente 21a, bevor das Steuerventil 30 geöffnet wird. Genauer gesagt weist die Steuervorrichtung 2 den Ventilöffnungs-Steuerabschnitt (S20), der das Steuerventil 30 öffnet, indem dieser die piezoelektrischen Elemente 21a elektrisch lädt, und den Ventilschließungs-Steuerabschnitt (S30), der das Steuerventil 30 schließt, indem dieser die piezoelektrischen Elemente 21a elektrisch entlädt, auf. Der Ventilöffnungs-Steuerabschnitt beinhaltet den ersten Anstiegs-Steuerabschnitt (S23), den Pausen-Steuerabschnitt (S25) und einen zweiten Anstiegs-Steuerabschnitt (S24).
Der erste Anstiegs-Steuerabschnitt führt die erste Anstiegssteuerung durch, um die Lademenge der piezoelektrischen Elemente 21a während der ersten Anstiegsdauer T1 zu erhöhen. Der Pausen-Steuerabschnitt stoppt vorrübergehend die erste Anstiegssteuerung während der Pausendauer Tr nach der ersten Anstiegsdauer T1. Der zweite Anstiegs-Steuerabschnitt erhöht die Lademenge des piezoelektrischen Elements 21a während der zweiten Anstiegsdauer T2 nach der Pausendauer Tr wieder. Die Pausendauer Tr beinhaltet eine Dauer unmittelbar bevor das Steuerventil 30 geöffnet wird. Unmittelbar nachdem die Pausendauer Tr gestartet wird, wird das Steuerventil 30 geöffnet.
Daher kann der Belastungsschwund verringert werden, unmittelbar nachdem das Steuerventil 30 geöffnet wird, wobei die Zugkraft, die auf die piezoelektrischen Elemente 21a wirkt, aufgrund des Belastungsschwunds verringert werden kann. Die Anstiegsgeschwindigkeit der Piezospannung kann erhöht werden, bis die Pausendauer Tr gestartet wird. Der Ventilöffnungszeitpunkt des Steuerventils kann vorverlegt werden. Somit kann die Ventilöffnungs-Reaktion des ersten Ventils 31 verbessert werden, während eingeschränkt wird, dass die piezoelektrischen Elemente 21a aufgrund des Belastungsschwunds beschädigt werden. Die Ventilöffnungs-Reaktion der Nadel 40 kann verbessert werden.
In einem Fall, dass während eines Verbrennungszyklus eine Mehrzahl von Einspritzungen durchgeführt wird, kann ein Intervall zwischen jeder Einspritzung verkürzt werden, indem die Reaktion eines Einspritzstarts verbessert wird. Indem das Intervall verkürzt wird, kann die Anzahl der Einspritzungen erhöht werden.
Gemäß dem Vorliegenden beinhaltet die Pausendauer Tr einen Ventilöffnungszeitpunkt des Steuerventils 30. Auf Grundlage des Kraftstoffdrucks, der Kraftstofftemperatur und dergleichen wird ein Ventilöffnungszeitpunkt des Steuerventils 30 gemessen. Die Pausendauer Tr ist so eingestellt, dass der Ventilöffnungszeitpunkt in der Pausendauer Tr liegt. Daher kann der Belastungsschwund verringert werden.
Der Pausen-Steuerabschnitt hält die Lademenge der piezoelektrischen Elemente 21a bei dem konstanten Wert. Somit kann die Piezospannung störungsfrei erhöht werden, nachdem die Pausendauer Tr verstrichen ist.
Außerdem setzt der Pausen-Steuerabschnitt die Pausendauer Tr fort, bis der Piezostrom null wird, wie in 8 gezeigt wird. Daher kann der Belastungsschwund verringert werden.
Nachdem das Steuerventil 30 geöffnet wird, wird die Anstiegsgeschwindigkeit der Piezospannung erhöht, um die Druckvorbelastung Fpre zu reduzieren, wie bei (c) von 8 gezeigt wird. Somit ist die zweite Geschwindigkeit A2 höher als die erste Geschwindigkeit A1.
Zweite Ausführungsform
Wie in 9 gezeigt wird, ist die erste Geschwindigkeit A1 gemäß einem zugeführten Kraftstoffdruck variabel eingestellt. Genauer gesagt ist die erste Geschwindigkeit A1 umso höher eingestellt, je höher der zugeführte Kraftstoffdruck ist, wie durch eine Strich-Punktlinie gezeigt wird. Je niedriger der zugeführte Kraftstoffdruck ist, desto niedriger ist die erste Geschwindigkeit A1 eingestellt, wie durch eine gestrichelte Linie gezeigt wird.
Ein Startzeitpunkt und ein Endzeitpunkt der Pausendauer Tr sind ohne Rücksicht auf den zugeführten Kraftstoffdruck festgelegt.
Je höher der zugeführte Kraftstoffdruck ist, desto größer wird die Kraftstoffkraft Fa, sodass die Ladungsmenge zum Öffnen des Ventils erhöht wird. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist die erste Geschwindigkeit A1 umso höher eingestellt, je höher der zugeführte Kraftstoffdruck ist. Somit wird eingeschränkt, dass der Ventilöffnungszeitpunkt des ersten Ventils 31 aufgrund einer Erhöhung der Kraftstoffkraft Fa verzögert bzw. aufgeschoben wird. Wenn der zugeführte Kraftstoffdruck niedrig ist, kann vermieden werden, dass die erste Geschwindigkeit A1 exzessiv groß eingestellt ist.
Dritte Ausführungsform
Wie in 10 gezeigt wird, sind ein Startzeitpunkt und ein Endzeitpunkt der Pausendauer Tr entsprechend einer Sollspannung Vtrg variabel eingestellt. Genauer gesagt ist die Pausendauer Tr verzögert, wie durch eine Strich-Punktlinie gezeigt wird, so wie der zugeführte Kraftstoffdruck höher ist, das heißt die Sollspannung Vtrg größer ist.
So wie der zugeführte Kraftstoffdruck niedriger ist, wird die Pausendauer Tr vorverlegt, wie durch eine gestrichelte Linie gezeigt wird.
Alternativ kann einer ausgewählt aus dem Startzeitpunkt und dem Endzeitpunkt der Pausendauer Tr entsprechend dem zugeführten Kraftstoffdruck variabel eingestellt sein.
Je höher der zugeführte Kraftstoffdruck ist, desto größer ist die maximale Spannung eingestellt, die an das piezoelektrische Element angelegt wird, und die Pausendauer Tr ist umso weiter verzögert.
Vierte Ausführungsform
Wie in 11 gezeigt wird, ist die erste Geschwindigkeit A1 entsprechend dem zugeführten Kraftstoffdruck variabel eingestellt und der Startzeitpunkt und der Endzeitpunkt der Pausendauer Tr sind entsprechend dem zugeführten Kraftstoffdruck variabel eingestellt. Genauer gesagt ist die erste Geschwindigkeit A1 umso höher eingestellt und die Pausendauer Tr wird vorverlegt, je höher der zugeführte Kraftstoffdruck ist, wie durch eine Strich-Punktlinie gezeigt wird. Je niedriger der zugeführte Kraftstoffdruck ist, desto niedriger ist die zweite Geschwindigkeit A2 eingestellt und die Pausendauer Tr verzögert, wie durch eine gestrichelte Linie gezeigt wird.
Je höher der zugeführte Kraftstoffdruck ist, desto höher ist die zweite Geschwindigkeit A2 eingestellt.
Andere Ausführungsformen
Die vorliegende Offenbarung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt.
Bei der ersten Ausführungsform sind die Düsenkammer 16 und die Ventilkammer 14 fluidmäßig durch den Durchlass verbunden, der durch das zweite Ventil 32 geöffnet und geschlossen wird. Allerdings sind der Durchlass und das zweite Ventil 32 nicht immer notwendig.
Bei der ersten Ausführungsform wird die Lademenge des piezoelektrischen Elements 21a während der Pausendauer Tr konstant gehalten. Allerdings kann die Lademenge des piezoelektrischen Elements 21a während der Pausendauer Tr verringert werden. Zum Beispiel kann die Anstiegsgeschwindigkeit ΔV der Piezospannung negativ sein, sodass die Piezospannung während der Pausendauer Tr verringert wird.
Die Pausendauer Tr kann beendet werden, bevor der Piezostrom null wird.
Bei der ersten Ausführungsform beinhaltet die Pausendauer Tr den Ventilöffnungszeitpunkt des Steuerventils 30. Allerdings kann die Pausendauer Tr eingestellt sein, ohne den Ventilöffnungszeitpunkt zu beinhalten.
Der Leitungsschalter kann AUSgeschaltet sein, wenn eine Erhöhung einer Piezospannung einen spezifizierten Wert erreicht. Alternativ kann der Leitungsschalter AUSgeschaltet sein, wenn eine Erhöhung eines Piezostroms einen spezifizierten Wert erreicht.
Bei der zweiten Ausführungsform können die erste Geschwindigkeit A1 und die zweite Geschwindigkeit A2 umso kleiner eingestellt sein, je höher der zugeführte Kraftstoffdruck ist. Bei der dritten Ausführungsform kann die Pausendauer Tr umso weiter vorverlegt werden, je höher der zugeführte Kraftstoffdruck ist.
Die Stange 28 kann auf dem ersten Ventil 31 befestigt werden. Der Kolben 25 mit großem Durchmesser kann an der Angrenzungsplatte 23 befestigt sein.

Claims

Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung, welche auf einen Kraftstoffinjektor (1) angewendet wird, aufweisend: einen Ventilkörper (40), welcher derart konfiguriert ist, dass dieser einen Einspritzanschluss (11) öffnet/schließt, durch welchen ein Kraftstoff eingespritzt wird; eine Steuerkammer (14, 15) zum Aufnehmen des Kraftstoffs, welcher eine Ventilschließkraft auf den Ventilkörper anwendet; ein Steuerventil (30), welches derart konfiguriert ist, dass dieses die Ventilschließkraft steuert, indem dieses einen Auslassdurchlass (13) öffnet/schließt, durch welchen der Kraftstoff aus der Steuerkammer strömt; und ein piezoelektrisches Element (21a), welches derart konfiguriert ist, dass dieses das Steuerventil öffnet, wenn dieses derart elektrisch geladen ist, dass dieses sich ausdehnt; wobei die Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung aufweist: einen Ventilöffnungs-Steuerabschnitt (S20), welcher derart konfiguriert ist, dass dieser das Steuerventil öffnet, indem das piezoelektrische Element elektrisch geladen wird; und einen Ventilschließungs-Steuerabschnitt (S30), welcher derart konfiguriert ist, dass dieser das Steuerventil schließt, indem das piezoelektrische Element elektrisch entladen wird, wobei der Ventilöffnungs-Steuerabschnitt beinhaltet: einen ersten Anstiegs-Steuerabschnitt (S23) zum Erhöhen einer Ladungsmenge des piezoelektrischen Elements während einer ersten Anstiegsdauer (T1); einen Pausen-Steuerabschnitt (S25) zum Pausieren einer Erhöhung der Ladungsmenge des piezoelektrischen Elements während einer Pausendauer (Tr) nach der ersten Anstiegsdauer; einen zweiten Anstiegs-Steuerabschnitt zum Erhöhen der Ladungsmenge des piezoelektrischen Elements nach der Pausendauer, wobei die Pausendauer eine Zeitdauer unmittelbar vor dem Öffnen des Steuerventils umfasst.
Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Pausendauer einen Zeitpunkt beinhaltet, zu welchem das Steuerventil geöffnet wird.
Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der Pausen-Steuerabschnitt derart konfiguriert ist, dass dieser die Ladungsmenge des piezoelektrischen Elements bei einem konstanten Wert hält.
Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Pausen-Steuerabschnitt derart konfiguriert ist, dass dieser die Pausendauer fortsetzt, bis ein elektrischer Strom, der durch das piezoelektrische Element fließt, null wird.
Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der zweite Anstiegs-Steuerabschnitt konfiguriert ist, eine Anstiegsgeschwindigkeit (A2) der Ladungsmenge höher einzustellen als eine Anstiegsgeschwindigkeit (A1) der Ladungsmenge, die durch den ersten Anstiegs-Steuerabschnitt eingestellt wurde.
Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Ventilöffnungs-Steuerabschnitt derart konfiguriert ist, dass dieser eine maximale Spannung erhöht, die an das piezoelektrische Element angelegt ist, und die Pausendauer verzögert, so wie ein Kraftstoffdruck, der dem Kraftstoffinjektor zugeführt wird, höher ist.