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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung für einen Kraftstoffinjektor
zum Regeln der Einspritzung von Kraftstoff in einer Brennkraftmaschine
gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 und ein Verfahren zum Regeln der Einspritzung von
Kraftstoff durch einen Kraftstoffinjektor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
4. Ein solches Verfahren und eine solche Vorrichtung sind aus der
EP 0 826 876 A1 bekannt.
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Für die Kraftstoffversorgung
von Brennkraftmaschinen werden zunehmend Speichereinspritzsysteme
verwendet, bei denen mit sehr hohen Einspritzdrücken gearbeitet wird. Solche
Einspritzsysteme sind als Common-Rail-Systeme für Dieselmotoren und HPDI-Einspritzsysteme
für Ottomotoren
bekannt und zeichnen sich dadurch aus, daß der Kraftstoff mit einer
Hochdruckpumpe in einen allen Zylindern der Brennkraftmaschine gemeinsamen
Hochdruckspeicher gefördert
wird, von dem aus die Kraftstoffinjektoren, die in den einzelnen
Zylindern vorgesehen sind und die Einspritzung durchführen, versorgt
werden.
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Das Öffnen und
Schließen
der Kraftstoffinjektoren wird dabei in der Regel mit Hilfe einer
elektromagnetisch oder piezoelektrisch betätigten Steuervorrichtung durchgeführt. Eine
solche Steuervorrichtung weist im allgemeinen einen Aktuator und
ein Steuerventil auf, das zwischen einer beweglichen Düsennadel
im Kraftstoffinjektor und dem Aktuator angeordnet ist, um hydraulisch
das Öffnen
und Schließen
der Düsennadel
zu bewirken. Das Steuerventil soll dabei zeitlich möglichst
exakt den Beginn und das Ende des Einspritzvorgangs festlegen und eine
genaue Kontrolle der eingespritzten Kraftstoffmenge ermöglichen.
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Bei
der oben genannten
EP
0 826 876 A1 wird als Steuerventil ein stempelförmiger Ventilkörper eingesetzt,
der mit dem Aktuator verbunden ist und sich in eine Steuerkammer
im Kraftstoffinjektor erstreckt, wobei der Ventilkörper eine
Dichtfläche
aufweist, die im Ruhezustand von einer Feder auf einem Ventilsitz
in der Steuerkammer gehalten wird. In diesem geschlossenen Zustand
des Steuerventils steht in der Steuerkammer im wesentlichen der
volle Systemdruck am hinteren Ende einer beweglichen Düsennadel
im Kraftstoffinjektor an, so daß die
Düsennadel
gegen den in einer Düsenkammer
im Kraftstoffinjektor herrschenden Kraftstoffdruck nach unten gedrückt wird
und Einspritzlöcher
verschließt.
Bei einer Betätigung
des Steuerventils durch den Aktuator hebt das Steuerventil mit seiner
Dichtfläche
vom Ventilsitz in der Steuerkammer ab und bringt die Steuerkammer
mit einem Kraftstoffrücklauf
in Verbindung. Dadurch fällt
die in der Steuerkammer auf die Düsennadel wirkende Druckkraft
im Vergleich zu der Druckkraft, die in der Düsenkammer auf die Düsennadel ausgeübt wird,
ab, so daß die
Düsennadel
von der in der Düsenkammer
ausgeübten
Druckkraft geöffnet und
Kraftstoff über
die Einspritzlöcher
eingespritzt wird.
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Die
Geschwindigkeit, mit der sich die Düsennadel öffnet, hängt dabei vom Kraftstoffabfluß aus der
Steuerkammer bei geöffnetem
Steuerventil ab. Dieser Kraftstofffluß wird wiederum vom Spalt zwischen
der Dichtfläche
des Steuerventils und dem Ventilsitz und damit vom Hub des Steuerventils
bestimmt. Bei der
EP
0 826 876 A1 wird als Aktuator zum Betätigen des Steuerventils ein
Piezoelement eingesetzt, bei dem ein vorgegebener Spannungsstoß eine elektrische
Aufladung und damit eine Längendehnung
erzeugt, die den Hub des Steuerventils bewirkt. Fertigungstoleranzen,
insbesondere beim Steuerventil und beim Piezoelement, sowie Streuungen
in den elektrischen Eigenschaften der Ansteuerschaltung des Piezoelements
haben jedoch merklichen Einfluß auf
den Hub des Steuerventils und damit auf den Einspritzverlauf des
Kraftstoffinjektors. Es besteht deshalb die Gefahr, daß dieser
Einspritzverlauf unerwünsch terweise
von Kraftstoffinjektor zu Kraftstoffinjektor variiert.
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Aus
der
DE 42 37 509 A1 ist
weiterhin eine Steuereinrichtung für einen Piezo-Aktuator bekannt, bei
dem der Spannungsverlauf an Aktuator gemessen und eine entsprechende
Anpassung der Aufladung des Aktuators gemäß einem gewünschten Verlauf vorgenommen
wird.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, eine Steuervorrichtung
und ein Verfahren zum Regeln der Kraftstoffeinspritzung durch einen Kraftstoffinjektor
bereitzustellen, die eine genaue Einstellung des Einspritzverlaufes
des Kraftstoffinjektors ermöglichen.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine
Steuervorrichtung gemäß Anspruch
1 und ein Verfahren gemäß Anspruch
4 gelöst.
Bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung sind in den abhängigen
Ansprüchen
angegeben.
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Gemäß der Erfindung
wird eine Stelleinrichtung in einem Kraftstoffinjektor so ausgelegt,
daß über eine
Wirkverbindung der Hub eines Ventilkörpers beim Abheben seiner Dichtfläche von
einem Ventilsitz in einer Steuerkammer variabel eingestellt werden
kann, wodurch der Kraftstofffluß von
der Steuerkammer in einen Rücklauf
im Kraftstoffinjektor festgelegt wird. Durch die Möglichkeit
der variablen Hubeinstellung läßt sich
der Kraftstofffluß aus
der Steuerkammer und damit der Druckabbau in dieser Steuerkammer
genau festlegen. Dies ermöglicht
wiederum, die vom Druckabbau in der Steuerkammer bestimmte Öffnungsgeschwindigkeit
der Düsennadel und
damit den Einspritzverlauf der Düsennadel
exakt einzustellen.
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Als
Stelleinrichtung wird gemäß der Erfindung
ein piezoelektrischer Aktuator eingesetzt, der mit einer Ladungsregelung
verbunden ist, um seine Längendehnung
so einzustellen, daß über die
Wirkverbindung zwischen dem piezoelektrischen Aktua tor und dem Steuerventil
ein gewünschter
Hub des Ventilkörpers
erzielt wird. Diese Ausgestaltung ermöglicht eine besonders genaue
Regelung des Ventilhubs und damit des Einspritzverlaufs.
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Weiterhin
wird gemäß der Erfindung
bei einem piezoelektrischen Aktuator als Stelleinrichtung mit Hilfe
einer Detektorschaltung fortlaufend die Spannung am piezoelektrischen
Aktuator erfaßt,
wobei aus dem zeitlichen Verlauf der gemessenen Spannung der zeitlichen
Verlauf der Kraftstoffeinspritzung bestimmt und die Aufladung des
piezoelektrischen Aktors entsprechend einem gewünschten zeitlichen Verlauf
dieser Einspritzung angepaßt
wird. Diese Ausgestaltung ermöglicht
eine laufende Anpassung des Einspritzverlaufs im Kraftstoffinjektor, so
daß sich
ein optimaler Verbrennungsverlauf erzielen läßt.
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Im
folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung beispielhaft näher erläutert. Es
zeigt
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1 schematisch
einen Kraftstoffinjektor mit einer Steuervorrichtung zum Regeln
der Kraftstoffeinspritzung;
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2 eine
Detailansicht der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung
mit einer ersten Ausführungsform
des Ventilkörpers;
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3A eine
zweite Ausführungsform
des Ventilkörpers
für das
Steuerventil der 2;
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3B eine
dritte Ausführungsform
des Ventilkörpers
für das
Steuerventil der 2;
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4 den
zeitlichen Verlauf der Spannung an einem piezoelektrischen Aktuator
und den damit korrelierten Düsennadelhub
bei einem Kraftstoffinjektor der 1; und
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5 das
elektrische Blockschaltbild eines Regelkreises für einen piezoelektrischen Aktuator
in einem Kraftstoffinjektor der 1.
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1 zeigt
schematisch einen Kraftstoffinjektor, wie er in einem Common-Rail-System
eingesetzt wird. Der Kraftstoff injektor weist eine Steuerkammer 4 auf,
die von einem Hochdruckspeicher (nicht gezeigt) über eine Hochdruckbohrung 1 und eine
Zulaufbohrung 2, die eine Zulaufdrossel 3 beinhaltet,
mit Kraftstoff unter Systemdruck versorgt wird. In der Steuerkammer 4 wirkt
der Kraftstoffdruck auf das hintere Ende einer beweglichen Düsennadel 6. Die
Düsennadel 6 weiterhin öffnet und
verschließt
mit ihrem vorderen Ende Einspritzlöcher 7, die zu einem Brennraum
(nicht gezeigt) einer Brennkraftmaschine führen.
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Die
Hochdruckbohrung 1 im Kraftstoffinjektor verbindet den
Hochdruckspeicher weiterhin mit einer Düsenkammer 8, die am
vorderen Ende der Düsennadel 6 ausgebildet
ist. Wenn sowohl in der Steuerkammer 4 als auch in der
Düsenkammer 8 der
volle Systemdruck des Kraftstoffs anliegt, wird die Düsennadel 6 aufgrund
der größeren Wirkfläche in der Steuerkammer 4 nach
unten gedrückt
und verschließt
die Einspritzlöcher 7.
An die Steuerkammer 4 im Kraftstoffinjektor ist ein Steuerventil 10 in
Form eines 2/2-Wegeventils angeschlossenen, in das eine Ablaufdrossel 11 integriert
ist. Vom Steuerventil 10 geht weiterhin ein druckloser
Kraftstoffrücklauf 14 zu einem
Kraftstofftank (nicht gezeigt) ab. Das Steuerventil 10 wird über einen
Stempel 16 von einer Stelleinrichtung 18, vorzugsweise
einem piezoelektrischen Aktuator, angesteuert und betätigt. Das
Steuerventil 10 steuert den Druck, der in der Steuerkammer 4 auf
die bewegliche Düsennadel 6 ausgeübt wird.
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In 2 ist
eine Detailansicht des Kraftstoffinjektors mit einer möglichen
Ausführungsform
des Steuerventils 10 dargestellt. Das Steuerventil 10 ist dabei
unmittelbar angrenzend an die Steuerkammer 4 angeordnet.
Dazu ist an die Steuerkammer 4 anschließend eine Aussparung 41 ausgebildet,
die einer Rückseite 61 der
Düsennadel 6 gegenüberliegt. In
der Aussparung 41 ist ein Ventilkörper 20 des Steuerventils 10 eingesetzt.
Die Aussparung 41 ist zur Steuerkammer 4 hin offen,
so daß der
in die Aussparung eingesetzte Ventilkörper 20 mit seiner
Bodenfläche 21 in
die Steuerkammer 4 ragt. Auf der der Steuerkammer 4 abgewandten
Seite der Aussparung 41 ist eine Bohrung 42 vorgesehen,
durch die der Stempel 16 verläuft, der die Wirkverbindung
zwischen dem piezoelektrischen Aktuator 18 und dem Ventilkörper 20 des
Steuerventils 10 herstellt. Der Durchmesser des Stempels 16 ist
kleiner als der der Bohrung 42 ausgelegt, wobei die Bohrung 42 einen Teil
des drucklosen Rücklaufes 14 bildet,
durch den der Kraftstoff aus der Steuerkammer 4 bei geöffneten Steuerventil 10 in
den Kraftstofftank zurückfließt.
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Die
Bohrung 42 hat weiterhin einen kleineren Durchmesser als
die Aussparung 41. Der Übergang von
der Bohrung 42 in die Aussparung 41 ist als konischer
Ventilsitz 43 ausgebildet, auf dem der Ventilkörper 20 mit
einer kegelförmigen
Dichtfläche 22 an der
Oberseite des Ventilkörpers 20 abdichtend
zur Anlage kommt. Der Ventilkörper 20 weist
weiterhin einen kleineren Durchmesser als die Aussparung 42 auf,
so daß zwischen
der Außenwandung
des Ventilkörpers 20 und
der Innenwandung der Aussparung 41 ein Ringkanal 44 bleibt.
Dieser Ringkanal 44 stellt eine ständige Verbindung zwischen der
Steuerkammer 4 und einer Ventilkammer 45, die
durch eine stufenförmige
Einschnürung 25 an
der Oberseite des Ventilkörpers
angrenzend an die Dichtfläche 22 gebildet
wird, her. Die Einschnürung 25 des
Ventilkörpers 20 weist
bezüglich
des in der Ventilkammer 45 herrschenden Kraftstoffdrucks,
der dem Druck in der Steuerkammer 4 entspricht, eine ringförmige Wirkfläche auf.
Diese ringförmige
Wirkfläche
der Einschnürung 25 ist
der Bodenfläche 21,
an der auch der in der Steuerkammer 4 herrschende Kraftstoffdruck
anliegt, gegenüberliegend
angeordnet, wobei die Wirkfläche die
Einschnürung 25 jedoch
kleiner als die der Bodenfläche 21 ausgebildet
ist. Auf der Bodenfläche 21 schlägt weiterhin
eine Feder 9 an, die in einer Aussparung 62 in
der Düsennadelrückseite 61 abgestützt ist.
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Der
in 1 und 2 gezeigte Kraftstoffinjektor
arbeitet wie folgt:
Im Ausgangszustand, bei nicht angesteuertem
piezoelektrischen Aktuator 18 übt der Stempel 16 keine Kraft
auf die Oberseite des Ventilkörpers 20 auf.
Der Ventilkörper 20 wird
dann durch den vom Kraftstoff in der Steuerkammer 4 auf
die Bodenfläche 21 ausgeübten Druck,
der aufgrund der größeren Wirkfläche wesentlich
größer ist
als Gegendruck auf die Wirkfläche
der Einschnürung 25 an
der Oberseite des Ventilkörpers 20,
mit seiner Dichtfläche 22 auf
den Ventilsitz 43 gedrückt.
In dieser Stellung ist die Verbindung zwischen der Steuerkammer 4 und
dem Rücklauf 14 unterbrochen.
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In
Ausgangszustand, bei geschlossenem Steuerventil 10, wird
auch die Rückseite 61 der
Düsennadel 6 mit
dem vollen Systemdruck der Steuerkammer 4 beaufschlagt,
so daß die
Düsennadel 6 aufgrund
der größeren Wirkfläche der
Düsennadelrückseite 61 gegenüber der
Wirkfläche
in der Düsenkammer 8 nach
unten gedrückt
wird. In dieser Stellung der Düsennadel 6 ist
die Verbindung zwischen der Düsenkammer 8 und
den Einspritzlöchern 7 unterbrochen,
so daß kein
Kraftstoff in den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt
wird. Die zwischen der Bodenfläche 21 des
Ventilkörpers 20 und der
Rückseite 61 der
Düsennadel 6 angeordnete
Feder 9 dient dazu, in der Startphase der Brennkraftmaschine,
bei der der Kraftstoff in der Steuerkammer 4 erst unter
einem geringen Systemdruck steht, dafür zu sorgen, daß der Ventilkörper 20 bzw.
die Düsennadel 6 mit
einer ausreichenden Kraft auf ihre jeweiligen Ventilsitze gedrückt werden,
um für
eine zuverlässige
Abdichtung gegen Kraftstoffleckage zu sorgen.
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Bei
einer elektrischen Ansteuerung des piezoelektrischen Aktuators 18 wird
im Aktuator eine Längendehnung
hervorgerufen, die auf den Stempel 16 übertragen wird. Der Stempel 16 übt dann
wiederum eine Kraft auf den Ventilkörper 20 aus, wodurch dieser
mit seiner Dichtfläche 22 vom
Ventilsitz 43 im Kraftstoffinjektor abgehoben wird. Da
an der Wirkfläche
der Einschnürung 25 durch
den Systemdruck des Kraftstoffs in der Ventilkammer 45 bereits
eine in Öffnungsrichtung
wirkende Kraft angreift, braucht die vom Stempel 16 ausgeübte Kraft
nur die Differenz zu der an der größeren Bodenfläche 21 des
Ventilkörpers 20 angreifenden
Kraft zu überwinden.
Diese Auslegung hat den Vorteil, daß nur geringe Steuerkräfte zur
Betätigung
des Steuerventils 10 notwendig sind.
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Beim
Abheben des Ventilkörpers 20 mit
seiner Dichtfläche
22 vom Ventilsitz 43 wird zwischen der Ventilkammer 45 und
der Bohrung 42, die Teil des drucklosen Rücklaufes 14 zum
Kraftstofftank ist, eine Verbindung hergestellt. Damit kann Kraftstoff
aus der Steuerkammer 4 über
den Ringkanal 44 zwischen dem Ventilkörper 20 und der Aussparung 41,
die Ventilkammer 45 in die Bohrung 42 und damit
in den Rücklauf 14 strömen. Der
Durchfluß des
Kraftstoffs von der Steuerkammer 4 zum Rücklauf 14 wird
dabei vom Hub des Ventilkörpers 20,
d. h. vom Spalt, der sich zwischen der Dichtfläche 22 des Ventilkörpers 20 und
dem Ventilsitz 45 ergibt, bestimmt. Der durch den Hub des
Ventilkörpers 20 hervorgerufene
Spalt zwischen der Dichtfläche 22 des
Ventilkörpers 20 und dem
Ventilsitz 45 wirkt deshalb als Ablaufdrossel 11 im
Steuerventil 10.
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Der
Kraftstofffluß durch
die Zulaufdrossel 3 in die Steuerkammer 4 ist
geringer als der Kraftstofffluß zwischen
der Dichtfläche 22 des
Ventilkörpers 20 und
dem Ventilsitz 43 ausgelegt, so daß der Kraftstoffdruck in der
Steuerkammer 4 abnimmt. Damit wird gleichzeitig die Rückseite 61 der
Düsennadel 6 entlastet
und der in der Düsenkammer 8 am
vorderen Ende der Düsennadel 6 anstehende
Systemdruck hebt die Düsennadel
dann ab und gibt die Verbindung zu den Einspritzlöchern 7 frei,
so daß Kraftstoff in
den Brennraum der Brennkraftmaschine eingespritzt wird.
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Mit
dem Ende der Ansteuerung des piezoelektrischen Aktuators 18 zieht
sich dieser wieder zusammen, so daß sich der Stempel 16 vom
Ventilkörper 20 zurückzieht
und der in der Steuerkammer 4 herrschende Kraftstoffdruck
auf die Bodenfläche 21 des
Ventilkörpers 20 den
Ventilkörper
wieder mit seiner Dichtfläche 22 auf
dem Ventilsitz 43 drückt.
Damit wird die Verbindung der Steuerkammer 4 zur Bohrung 42 und
damit zum drucklosen Rücklauf 14 unterbrochen,
so daß sich
in der Steuerkammer 4 der volle Systemdruck aufbaut. Dieser
Systemdruck, der an der Rückseite 61 der
Düsennadel 6 ansteht, übersteigt
dann wieder den Gegendruck in der Druckkammer 8, so daß die Düsennadel 6 in
ihren Ventilsitz gedrückt
wird und der Einspritzvorgang endet.
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In
den 3A und 3B sind
mögliche weitere
Ventilkörperformen
für den
Einsatz in einem Steuerventil 10 dargestellt. Bei der Ausführungsform gemäß 3A ist
der Außenumfang
des Ventilkörpers 20 im
wesentlichen an den Innendurchmesser der Aussparung 41 angepaßt und wird
von dieser Aussparung geführt.
Die Verbindung zwischen der Ventilkammer 45 und der Steuerkammer 4 wird
durch eine Durchgangsbohrung 27 hergestellt, die ausgehend
von der Mitte der Bodenplatte 21 sich schräg durch
den Ventilkörper 20 zur
Einschnürung 25 erstreckt.
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Alternativ
zu der in 3A gezeigten Ausführungsform
ist bei der Ausführungsform
gemäß 3B eine
Durchgangsbohrung 29 zum Verbinden der Steuerkammer 4 mit
der Ventilkammer 45 T-förmig
ausgebildet, wobei ein erster Längsabschnitt,
der sich mittig von der Bodenfläche 21 ausgehend
durch den Ventilkörper 20 erstreckt,
in einen Querbereich mündet,
der senkrecht zur Längsachse
durch den Ventilkörper
verläuft
und in die Einschnürung 25 unterhalb
der Dichtfläche 22 einmündet.
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4 zeigt
den zeitlichen Verlauf der Spannung am piezoelektrischen Aktuator 18 in
Korrelation zum zeitlichen Verlauf des Nadelhubes H(t) der Düsennadel 6 im
Kraftstoffinjektor. Die Spannung am piezoelektrischen Aktuator gibt
dabei den jeweiligen Druck des Kraftstoffs in der Steuerkammer 4 wieder, der über dem
Ventilkörper 20 und
den Stempel 16 auf den piezoelektrischen Aktuator 18 wirkt.
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Zum
Aufladen wird der piezoelektrische Aktuator 18 an eine
externe Spannungsversorgung angeschlossen und mit dem Zeitpunkt
t1 beginnend und zum Zeitpunkt t2 endend mit einem definierten Spannungsstoß aufgeladen.
Dann wird die externe Spannungsversorgung wieder vom piezoelektrischen
Aktuator 18 abgekoppelt. Durch das Aufladen wird im piezoelektrischen
Aktuator 18 eine Längendehnung hervorgerufen,
die über
den Stempel 16 auf dem Ventilkörper 20 übertragen
wird, der hydraulisch die Düsennadel 6,
wie beschrieben, öffnet.
Die Bewegung der Düsennadel 6 setzt
dann mit einer kurzen zeitlichen Verzögerung gegenüber der
Aufladung des piezoelektrischen Aktuators 18 zum Zeitpunkt
t3 ein. Vom Zeitpunkt t3 bis
zum Zeitpunkt t4 nimmt der Nadelhub H der
Düsennadel
im wesentlichen kontinuierlich zu, bis er zum Zeitpunkt t4 seinen Maximalwert erreicht hat und die
Einspritzlöcher 7 vollständig offen sind.
In der Zeitspanne vom Zeitpunkt t3 bis zum
Zeitpunkt t4 nimmt gleichzeitig die Spannung
am piezoelektrischen Aktuator 18 einen Wert Ua an,
der vom Druck in der Steuerkammer 4 bestimmt ist. Mit dem Erreichen
der Maximalwerte des Nadelhubes H zum Zeitpunkt t4 beginnt
der Druck in der Steuerkammer 4 dann abzusinken, da sich
mit dem Erreichen des maximalen Nadelhubs die Düsennadel 6 nicht mehr
in die Steuerkammer 4 hineinbewegt. Gleichzeitig mit dem
Abnehmen des Drucks in der Steuerkammer 4 nimmt auch die
Spannung am piezoelektrischen Aktuator 18 auf einen Wert
Ub ab.
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Das
Ende der Kraftstoffeinspritzung am Kraftstoffinjektor wird dadurch
eingeleitet, daß zum Zeitpunkt
t5 der piezoelektrische Aktuator 18 kontrolliert
entladen wird. Die Spannung U an piezoelektrischen Aktuator 18 fällt dann
schnell auf null ab, und der piezoelektrische Aktuator 18 zieht
sich wieder zusammen. Gleichzeitig übt dann der Stempel 16 keine Kraft
mehr auf den Ventilkörper 20 aus
und dieser schließt
sich wieder. Mit einer gewissen zeitlichen Verzögerung beginnt sich daraufhin
auch die Düsennadel 6 wieder
zu schließen.
Vom Zeitpunkt t6 an nimmt der Nadelhub H
ab, bis zum Zeitpunkt t7 die Düsennadel 6 wieder
auf ihrem Ventilsitz aufliegt und der Einspritzvorgang beendet ist.
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Die
Zeitspanne t1 bis t4 gibt
also die Dauer der Ansteuerung des piezoelektrischen Aktuators 18 und
damit des Kraftstof finjektors und die Zeitspanne t3 bis
t7 die Einspritzdauer des Kraftstoffinjektors
wieder. Die während
der Zeitspanne t3 bis t7 eingespritzte Kraftstoffmenge
hängt dabei
wesentlich von der Geschwindigkeit ab, mit der sich die Düsennadel 6 öffnet, also
von der Zeitspanne t3 bis t4.
Die Öffnungsgeschwindigkeit
der Düsennadel 6 wird
wiederum vom Durchfluß des
Kraftstoffs aus der Steuerkammer 4 in den Rücklauf 14 bestimmt,
der durch den als Ablaufdrossel 11 wirkenden Hub des Ventilkörpers 20 festgelegt
ist. Der Hub des Ventilkörpers 20 dagegen wird
von der Längendehnung
des piezoelektrischen Aktuators 18 und damit dem definierten
Spannungspuls bei der Aufladung bestimmt und beeinflußt. Durch Änderung
des Spannungspulses auf den piezoelektrischen Aktuator 18 läßt sich
deshalb der Hub des Ventilkörpers 20 und
damit die Öffnungsgeschwindigkeit
der Düsennadel 6 genau
einstellen. Es besteht somit die Möglichkeit einer variablen Regelung
der Öffnungsgeschwindigkeit
der Düsennadel 6 im
Kraftstoffinjektor.
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In 5 ist
ein Prinzipschaltbild für
einen Regelkreis zur Regelung der Öffnungsgeschwindigkeit der
Düsennadel 6 dargestellt.
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Der
theoretisch einer gewünschten Öffnungsgeschwindigkeit
entsprechende Regelungssollwert wird von einem Addierer 30 an
den Eingang eines Reglers 32 angelegt. Das Ausgangssignal
des Reglers 32 wird einer Endstufe 34 eingegeben,
die dem piezoelektrischen Aktuator 18 des Kraftstoffinjektors
eine entsprechende Ladung zuführt.
Nach dieser Ladungszufuhr wird die Endstufe 34 wieder abgekoppelt.
Gleichzeitig wird die am piezoelektrischen Aktuator 18 herrschende
Spannung von einem Detektor 38 erfaßt und einer Steuerschaltung 39 in Form
eines Mikroprozessors zugeleitet, an dem auch das Sollwertsignal
vom Eingang des Regelkreises anliegt.
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Aus
dem während
des Einspritzvorgang am piezoelektrischen Aktuator 18 von
dem Detektor 38 aufgenommenen Spannungsverlauf, der im
wesentlichen die in 4 gezeigte Form hat, be stimmt
die Steuerschaltung 39 den Einspritzbeginn und die Nadelöffnungszeit
und nimmt dann gegebenenfalls durch Änderung des Vorgabewerts am
Addierer 30 Einfluß auf
die Aufladung des piezoelektrischen Aktuators 18 und damit
auf den Hub des Ventilkörpers 20,
der wiederum die Öffnungsgeschwindigkeit
der Düsennadel 6 entsprechend
anpaßt.
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Mit
Hilfe des dargestellten Regelkreises besteht also die Möglichkeit,
laufend während
des Einspritzvorgangs die Öffnungsgeschwindigkeit
der Düsennadel 6 entsprechenden
einem gewünschten Verbrennungsverlauf
anzupassen.