DE4011782A1

DE4011782A1 - Steuerschaltung fuer eine brennstoffeinspritzvorrichtung

Info

Publication number: DE4011782A1
Application number: DE4011782A
Authority: DE
Inventors: Naoyuki Tsuzuki; Takeshi Takahashi
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1989-04-11
Filing date: 1990-04-11
Publication date: 1990-10-31
Also published as: DE4011782C2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuerschaltung für eine Brennstoffeinspritzanlage.

Es ist eine Einspritzeinheit bekannt, die einen von der Maschine angetriebenen Druckkolben, eine mit dem Brennstoff gefüllte und durch den Druckkolben mit Druck beaufschlagte Brennstoffdruckkammer, eine entsprechend dem Brennstoffdruck in der Druckkammer wirkende Nadel, die die Düsenöffnung öffnet, wenn der Brennstoffdruck einen vorbestimmten Druck übersteigt, einen Brennstoffüberströmkanal, der den Brenn stoff aus der Druckkammer ausströmen läßt, und ein Über strömventil aufweist, das von einem Stellglied geschaltet wird und in dem Überströmkanal angeordnet ist, wobei der Brennstoff eingespritzt wird, wenn das Überströmventil den Überströmkanal schließt (ungeprüfte japanische Patentanmel dung Nr. 63-65 167). In einer solchen Brennstoffeinspritzein heit, die zum Steuern des Einspritzens durch das Stellglied ausgelegt ist, sind das Volumen der Druckkammer und das Volumen des Brennstoffdurchlasses von der Druckkammer zur Düsenöffnung klein, so daß dann, wenn das Überströmventil öffnet und der Brennstoff aus der Druckkammer auszuströmen beginnt, der Brennstoffdruck in der Druckkammer und in dem Brennstoffdurchlaß von der Druckkammer zur Düsenöffnung schnell abfällt. Wenn im einzelnen wie bei dieser Einspritz einheit als Stellglied ein piezoelektrisches Element mit guten Ansprecheigenschaften verwendet wird, öffnet das Überströmventil mit hoher Geschwindigkeit, so daß der Brenn stoffdruck in der Druckkammer sehr schnell abfällt.

In einer solchen Einspritzeinheit wird jedoch üblicherweise die Nadel durch Federkraft in der Ventilschließstellung gehalten. Das Einspritzen erfolgt dadurch, daß eine an der Außenumfangsfläche der Nadel ausgebildete konische Druckauf nahmefläche mit hohem Brennstoffdruck beaufschlagt wird und auf diese Weise die Nadel angehoben wird. Wenn dann das Überströmventil öffnet und der Brennstoffdruck in der Druck kammer schnell abgesenkt wird, fällt zugleich damit der an der Druckaufnahmefläche der Nadel wirkende Brennstoffdruck schnell ab, so daß die Nadel durch die Federkraft in Schließrichtung bewegt wird und die Düsenöffnung schließt. Falls jedoch auf diese Weise der Brennstoffdruck in der Druckkammer schnell gesenkt wird, strömt der ganze um die Nadel herum von der Druckaufnahmefläche bis zur Düsenöffnung eingefüllte Hochdruckbrennstoff zu der Druckkammer hin, was zur Folge hat, daß der Druck um die Nadel herum nahe der Düsenöffnung vorübergehend ein sehr niedriger Druck wird, nämlich beispielsweise unter den Atmosphärendruck abfällt. Falls jedoch auf diese Weise der Druck um die Nadel herum nahe der Düsenöffnung zu einem solchen sehr niedrigen Druck wird, entstehen um die Nadel nahe der Düsenöffnung herum viele kleine Luftbläschen. Wenn dann die Nadel die Düsenöff nung das nächste Mal öffnet, wird zuerst diese Luftbläschen enthaltender Brennstoff eingespritzt, so daß das Problem einer Verschlechterung des Anstiegs der Brennstoffeinspritz rate entsteht.

Ferner hat die Nadel aufgrund ihrer eigenen Trägheit und der Reibung mit ihrer Umgebung nicht ein derart gutes Ansprech vermögen, daß sie selbst bei einem schnellen Abfallen des an der Druckaufnahmefläche wirkenden Brennstoffdrucks die Düsenöffnung sofort schließt, d.h., die Nadel schließt die Düsenöffnung nach einer kurzen Verzögerungszeit. Falls daher der an der Druckaufnahmefläche wirkende Brennstoffdruck schnell abfällt und sogar niedriger als der Druck in der Druckkammer wird, entsteht das Problem, daß der Brennstoff bzw. das Brennstoffgas aus der Brennstoffkammer um die Nadel herum durch die Düsenöffnung in der Zeit bis zum Schließen der Düsenöffnung durch die Nadel ausströmt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine Brenn stoffeinspritzvorrichtung eine Steuerschaltung zu schaffen, die ein Einströmen von Brennstoffgas in den Brennstoffdurch laß um die Nadel herum unterbindet und das Entstehen von kleinen Luftbläschen in diesem Brennstoffdurchlaß verhin dert.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 aufgeführten Mitteln gelöst.

Da bei dem Einsatz dieser Steuerschaltung bei dem Abführen der Ladung von dem piezoelektrischen Element die elektrische Ladung nur zum Teil abgeführt wird, nimmt das Überströmven til einen Halböffnungszustand ein, wobei der Brennstoffdruck in der Druckkammer und der Brennstoffdruck um die Nadel herum auf konstanten Drücken gehalten werden, nachdem sie auf diese konstanten Drücke abgefallen sind. Daher fällt der Brennstoffdruck um die Nadel herum nicht schnell auf einen derart niedrigen Druck ab, daß um die Nadel herum Luftbläs chen entstehen und in die Brennstoffkammer um die Nadel herum Brennstoffgas einströmt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbei spielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 ist ein Schaltbild der Steuerschaltung für eine Einspritzeinheit gemäß einem Ausführungsbeispiel.

Fig. 2 ist ein Zeitdiagramm.

Fig. 3 ist eine Seitenansicht eines Schnitts durch die Einspritzeinheit entlang einer Linie III-III in Fig. 6.

Fig. 4 ist eine vergrößerte Teilansicht des Schnitts nach Fig. 3.

Fig. 5 ist eine Seitenansicht eines Schnitts entlang einer Linie V-V in Fig. 6.

Fig. 6 ist eine Schnittansicht der Einspritz einheit.

Fig. 7 ist eine Seitenansicht eines Schnitts entlang einer Linie VII-VII in Fig. 3 und Fig. 8.

Fig. 8 ist eine Draufsicht auf einen Schnitt entlang einer Linie VIII-VIII in Fig. 3.

Fig. 9 ist ein Schaltbild der Steuerschaltung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.

Fig. 10 ist ein Zeitdiagramm der Funktion der Steuerschaltung nach Fig. 9.

Fig. 11 ist eine grafische Darstellung des Zusammenhang zwischen der Einschaltzeit tG eines Schaltele ments und der Maschinendrehzahl NE.

Fig. 12 ist ein Schaltbild der Steuerschal tung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel.

Fig. 13 ist ein Zeitdiagramm der Funktion der Steuerschaltung nach Fig. 12.

Fig. 14 ist ein Schaltbild der Steuerschal tung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel.

Fig. 15 ist ein Zeitdiagramm der Funktion der Steuerschaltung nach Fig. 14.

Fig. 16 ist ein Schaltbild der Steuerschal tung gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel.

Fig. 17 ist ein Zeitdiagramm der Funktion der Steuerschaltung nach Fig. 16.

Die Fig. 1 bis 8 veranschaulichen die Anwendung der Steuerschaltung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel an einer Einspritzeinheit. Zuerst wird anhand der Fig. 3 bis 8 der Aufbau der Einspritzeinheit erläutert.

Die Fig. 3 bis 6 zeigen einen Gehäusekörper 1, eine Düse 2 mit einer Düsenöffnung 3 an ihrem Stirnende, einen Abstandshalter 4, eine Feder 5 und einen Düsenhalter 6 für das Festlegen der Düse 2, des Abstandshalters 4 und der Feder 5 an dem Gehäusekörper 1. In die Düse 2 ist verschieb bar eine Nadel 7 eingesetzt, die das Öffnen und Schließen der Düsenöffnung 3 steuert, wobei der obere Teil der Nadel 7 über einen Andruckstift 8 mit einem Federhalter 9 in Verbin dung steht. Dieser Federhalter 9 wird durch eine Druckfeder 10 ständig nach unten gedrückt, wobei die Andruckkraft über den Andruckstift 8 zu der Nadel 7 übertragen wird. Daher ist die Nadel 7 durch die Druckfeder 10 ständig in Schließrich tung vorgespannt.

Andererseits ist in dem Gehäusekörper 1 koaxial zu der Nadel 7 eine Kolbenbohrung 11 ausgebildet, in die verschiebbar ein Druckkolben 12 eingesetzt ist. Das obere Ende des Druckkol bens 12 ist mit einem Stößel 13 verbunden, der durch eine Druckfeder 14 ständig nach oben vorgespannt ist. Der Stößel 13 wird durch einen von der Maschine angetriebenen (nicht gezeigten) Nocken vertikal bewegt, wodurch der Druckkolben 12 vertikal in der Kolbenbohrung 11 bewegt wird. In der Kolbenbohrung 11 ist unterhalb des Druckkolbens 12 eine Druckkammer 15 gebildet, die durch das untere Ende 12 a des Druckkolbens 12 begrenzt ist. Diese Druckkammer 15 steht über einen stabförmigen Filter 16 und einen Durchlaß 17 mit einer Nadeldruckkammer 18 in Verbindung (Fig. 6), welche über einen Ringkanal 19 um die Nadel 7 herum mit der Düse nöffnung 3 in Verbindung steht. Ferner ist gemäß Fig. 5 an der Innenwandfläche der Kolbenbohrung 11 eine Brennstoffzu führöffnung 20 gebildet, die in die Druckkammer 15 mündet, wenn der Druckkolben 12 in der oberen Stellung steht, und aus der der Druckkammer 15 Brennstoff mit einem Druck von ungefähr 2 bis 3 kg/cm² zugeführt wird. Diese Zuführöffnung 20 ist beispielsweise über einen Brennstoffauslaßkanal 20 a, der sich senkrecht von der Zuführöffnung 20 weg erstreckt, und ein (nicht gezeigtes) Überdruckventil mit einem Ventil öffnungsdruck von 2 bis3 kg/cm² oder dergleichen an einen (nicht gezeigten) Brennstoffbehälter angeschlossen. Ferner ist gemäß Fig. 5 an der der Zuführöffnung 20 gegenüberlie genden Seite der Kolbenbohrung 11 eine Öffnung 21 gebildet, die unvermeidbar bei dem Formen der Zuführöffnung 20 geformt wird und die am äußeren Ende mit einem Blindstopfen 22 verschlossen wird. Diese Öffnung 21 erstreckt koaxial zu der Zuführöffnung 20 und mündet in der Kolbenbohrung 11. An der Innenwandfläche der Kolbenbohrung 11 ist eine Umfangsnut 23 gebildet, die sich von der Zuführöffnung 20 bis zu der Öffnung 21 erstreckt. Wenn der Druckkolben 12 abgesenkt wird und die Zuführöffnung 20 und die Öffnung 21 schließt, stehen diese miteinander über die Umfangsnut 23 in Verbindung, so daß daher der Brennstoff in der Öffnung 21 auf dem gleichen Druck wie in der Zuführöffnung 20 gehalten wird. Eine Feder kammer 24, die die Druckfeder 10 für das Herunterdrücken der Nadel 7 aufnimmt, steht mit der Zuführöffnung 20 über einen Rücklaufkanal 25 in Verbindung, über den der in die Feder kammer 24 eindringende Brennstoff zu der Zuführöffnung 20 zurückgeführt wird. Andererseits ist an der Außenumfangsflä che des Druckkolbens 12 etwas oberhalb der unteren Stirnflä che 12 a des Druckkolbens eine Umfangsnut 26 gebildet, die über eine in dem Druckkolben 12 ausgebildete Abflußöffnung 27 mit dem Inneren der Druckkammer 15 in Verbindung steht.

Andererseits ist in dem Gehäusekörper 1 eine Gleitbohrung 30 gebildet, die sich in Querrichtung nahe der Seite der Kol benbohrung 11 erstreckt. Diese Gleitbohrung 30 ist daher derart geformt, daß sie eine Axiallinie hat, welche unter Abstand parallel zu einer geraden Linie ist, die im wesent lichen senkrecht zu der gemeinsamen Achsenlinie des Druck kolbens 12 und der Nadel 7 steht. In die Gleitbohrung 30 ist verschiebbar ein Überströmventil 31 eingesetzt. Gemäß Fig. 3 und 4 besteht die Gleitbohrung 30 aus einer Bohrung 32 kleinen Durchmessers und einer Bohrung 33 großen Durchmes sers, die koaxial zueinander ausgebildet sind und zwischen denen ein Stufenabschnitt 34 gebildet ist. In dem Gehäuse körper 1 ist an der der Bohrung 33 mit dem großen Durchmes ser gegenüberliegenden Seite koaxial zu der Bohrung 32 kleinen Durchmessers eine konische Bohrung 35 ausgebildet, in die ein Ventilsitz 36 mit konischer Außenumfangsfläche eingesetzt ist. Dieser Ventilsitz 36 ist in der konischen Bohrung 35 mittels einer in den Gehäusekörper 1 einge schraubten Schraube 37 festgelegt. An der der Bohrung 32 kleinen Durchmessers zugewandten Stirnfläche 38 des Ventil sitzes 36 ist eine konkave Ausnehmung 39 gebildet, deren Innenumfangsfläche zu einem Ventilaufnahmeabschnitt 40 mit im wesentlichen konischer Form gestaltet ist. Andererseits ist ein Endabschnitt des Überströmventils 31 konisch ge formt. Der Spitzenwinkel des Konus des Ventilaufnahmeab schnitts 40 ist kleiner als der Spitzenwinkel des Konus eines konusförmigen Außenumfangsabschnitts 41 des Überström ventils 31, so daß daher der Außenumfangsrand des Außenum fangsabschnitts 41 des Überströmventils 31 an dem konusför migen Ventilaufnahmeabschnitt 40 anliegt. Dabei kommt in folgedessen das Überströmventil 31 in Linienberührung mit dem Ventilaufnahmeabschnitt 40.

Wenn das Überströmventil 31 an dem Ventilsitz 36 anliegt, ist zwischen der Außenumfangsfläche des Überströmventils 31, der Innenwandfläche der Ausnehmung 39 und dem Gehäusekörper 1 eine ringförmige Druckbrennstoff-Einführkammer 42 gebil det, während zwischen der vorderen Stirnfläche des Über strömventils 31 und der Innenumfangsfläche der Ausnehmung 39 eine erste Überströmkammer 43 gebildet ist. Andererseits ist in der Bohrung 33 großen Durchmessers in der Gleitbohrung 30 eine zweite Überströmkammer 44 gebildet, die mit der ersten Überströmkammer 43 über einen in dem Überströmventil 31 ausgebildeten Durchlaß 45 in Verbindung steht. In die zweite Überströmkammer 44 ist zwischen einem verstärkten Endab schnitt 31 a des Überströmventils 31 und den Stufenabschnitt 34 eine Druckfeder 46 eingesetzt, die das Überströmventil 31 nach rechts vorspannt. Die zweite Überströmkammer 44 ist gemäß Fig. 8 über einen Ablaßkanal 47 beispielsweise mit einem (nicht gezeigten) Brennstoffbehälter verbunden.

Gemäß Fig. 6 ist in dem Gehäusekörper 1 ein Überströmkanal 48 gebildet, der sich von dem Durchlaß 17 weg nach oben erstreckt und der ständig zu der Einführkammer 42 hin geöff net ist. Dieser Überströmkanal 48 steht ständig mit der Druckkammer 15 in Verbindung, so daß daher auch die Einführ kammer 42 ständig mit der Druckkammer 15 in Verbindung ist.

Gemäß Fig. 3 und 4 ist in den äußeren Endabschnitt der Bohrung 33 großen Durchmessers der Gleitbohrung 30 eine Stangenführung 51 eingesetzt, die eine Stange 50 führt und trägt. Diese Stangenführung 51 ist innen mit einer Stangen bohrung 52 versehen. Die Stange 50 hat einen hohlzylindri schen Abschnitt 53 kleinen Durchmessers, der verschiebbar in die Stangenbohrung 52 eingesetzt ist, und einen in die Bohrung 33 großen Durchmessers eingesetzten Abschnitt 54 großen Durchmessers, der gegen die Stirnfläche des Über strömventils 31 stößt. An dem Endabschnitt der Stange 50 an der dem Abschnitt 54 großen Durchmessers gegenüberliegenden Seite ist eine Druckregelkammer 55 geformt, die durch die Stirnfläche des Abschnitts 53 mit dem kleinen Durchmesser begrenzt ist. Oberhalb der Druckregelkammer 55 ist eine Stellvorrichtung 60 angeordnet. Gemäß Fig. 3 und 4 ist die Stange 50 als Hohlzylinder geformt, so daß daher ihre Masse sehr klein ist.

Gemäß Fig. 3 und 7 hat die Stellvorrichtung 60 ein einstüc kig mit dem Gehäusekörper 1 ausgebildetes Stellvorrichtungs gehäuse 62, in dem eine Kolbenbohrung 61 geformt ist, einen gleitend in die Kolbenbohrung 61 eingeführten Kolben 63, eine Stirnplatte 64, die das Gehäuse 62 oben abdeckt, einen Stirnplattenhalter 65 zum Festlegen der Stirnplatte 64 an dem oberen Teil des Gehäuses 62 und eine den oberen Endbe reich der Stirnplatte 64 abdeckende Kunststoffkappe 66. Zwischen den Kolben 63 und die Stirnplatte 64 ist ein piezo elektrisches Element 67 eingesetzt, das durch Übereinander schichten einer Vielzahl von piezoelektrischen Platten angefertigt ist. Innerhalb der Kolbenbohrung 61 ist unter dem Kolben 63 eine Volumenänderungskammer 68 gebildet, die durch die untere Stirnfläche des Kolbens 63 begrenzt ist. Diese Volumenänderungskammer 68 steht über einen Durchlaß 69 mit der Druckregelkammer 55 in Verbindung. Zwischen dem Kolben 63 und dem Stellvorrichtungsgehäuse 63 ist eine ringförmige Kühlkammer 70 gebildet, in die eine Druckfeder 71 eingesetzt ist, welche den Kolben 63 ständig nach oben vorspannt. Wenn das piezoelektrische Element 67 unter Span nung gesetzt wird bzw. dem Element Ladung zugeführt wird, dehnt es sich in der axialen Richtung aus, so daß das Volu men der Volumenänderungskammer 68 verkleinert wird. Wenn andererseits die dem piezoelektrischen Element 67 zugeführte Ladung abgeführt wird, zieht es sich in der axialen Richtung zusammen, so daß das Volumen der Volumenänderungskammer 68 vergrößert wird.

Gemäß Fig. 7 ist in den Gehäusekörper 1 ein Rückschlagventil 72 eingesetzt. Dieses Rückschlagventil 72 hat eine Kugel 74 zum Steuern des Öffnens und Schließens einer Ventilöffnung 73, eine Stange 75 zum Begrenzen des Ausmaßes des Anhebens der Kugel 74 und eine Druckfeder 76, die die Kugel 74 und die Stange 75 ständig nach unten drückt. Daher ist die Ventilöffnung 73 normalerweise durch die Kugel 74 verschlos sen. Die Ventilöffnung 73 des Rückschlagventils 72 ist beispielsweise mit einer (nicht gezeigten) Niederdruck- Brennstoffpumpe über einen Einlaßkanal 77 verbunden, über den Brennstoff unter niedrigem Druck von 2 bis 3 kg/cm² zugeführt wird. Das Rückschlagventil 72 erlaubt nur das Einströmen von Brennstoff in die Volumenänderungskammer 68, so daß daher über das Rückschlagventil 72 in die Volumenän derungskammer 68 Brennstoff nachgefüllt wird, wenn der Brennstoffdruck in der Volumenänderungskammer 68 unter 2 bis 3 kg/cm² abfällt. Daher ist die Volumenänderungskammer 68 ständig mit Brennstoff gefüllt. Andererseits ist gemäß Fig. 7 der untere Endabschnitt der Kühlkammer 70 beispielsweise mit der Niederdruck-Brennstoffpumpe über einen Einlaßkanal 78 verbunden, über den der Kühlkammer 70 Brennstoff unter niedrigem Druck von 2 bis 3 kg/cm² zugeführt wird. Durch diesen Brennstoff wird das piezoelektrische Element 67 gekühlt. Ferner ist gemäß Fig. 5 der untere Endabschnitt der Kühlkammer 70 mit der Zuführöffnung 20 über einen Auslaßka nal 79 verbunden, in dem ein Rückschlagventil 80 angeordnet ist, welches nur die Verbindung von der Kühlkammer 70 zur Zuführöffnung 20 zuläßt. Dieses Rückschlagventil 80 hat eine Kugel 82 zum Steuern des Öffnens und Schließens einer Ven tilöffnung 81, eine Stange 83 zum Begrenzen des Ausmaßes des Anhebens der Kugel 82 und eine Druckfeder 84, die die Kugel 82 und die Stange 83 ständig nach oben drückt. Der Brenn stoff in der Kühlkammer 70 kühlt das piezoelektrische Ele ment 67 und wird dann durch den Auslaßkanal 79 der Zuführ öffnung 20 zugeführt.

Als nächstes wird anhand der Fig. 1 die Steuerschaltung für das piezoelektrische Element 67 erläutert.

Gemäß Fig. 1 besteht die Steuerschaltung aus einer Treiber schaltung 100 für das piezoelektrische Element 67 und einer elektronischen Steuereinheit 200, die diese Treiberschaltung 100 steuert.

Gemäß Fig. 1 enthält die Treiberschaltung 100 eine erste Hochspannungsgeneratorschaltung 101, die eine verhältnis mäßig niedrige Spannung erzeugt, eine zweite Hochspannungs generatorschaltung 102, die eine verhältnismäßig hohe Span nung erzeugt, eine dritte Hochspannungsgeneratorschaltung 103, die eine verhältnismäßig niedrige Spannung erzeugt, und eine vierte Hochspannungsgeneratorschaltung 104, die eine verhältnismäßig hohe Spannung erzeugt. Zwischen die Aus gangsanschlüsse der ersten Hochspannungsgeneratorschaltung 101 ist ein erster Kondensator 105 geschaltet, der durch die Ausgangsspannung der ersten Hochspannungsgeneratorschaltung 101 geladen wird. Zwischen die Ausgangsanschlüsse der zwei ten Hochspannungsgeneratorschaltung 102 ist ein zweiter Kondensator 106 geschaltet, der durch die Ausgangsspannung der zweiten Hochspannungsgeneratorschaltung 102 geladen wird. Zwischen die Ausgangsanschlüsse der dritten Hochspan nungsgeneratorschaltung 103 ist ein dritter Kondensator 107 geschaltet, der durch die Ausgangsspannung der dritten Hochspannungsgeneratorschaltung 103 geladen wird. Zwischen die Ausgangsanschlüsse der vierten Hochspannungsgenerator schaltung 104 ist ein vierter Kondensator 108 geschaltet, der durch die Ausgangsspannung der vierten Hochspannungsge neratorschaltung 104 geladen wird. Zu dem dritten Kondensa tor ist eine Zenerdiode 109 parallel geschaltet, welche mit einer Diode 110 und einem Widerstand 111 zum Verhindern von Rückstrom in Reihe geschaltet ist. Der dritte Kondensator 107 und die Zenerdiode 109 bilden eine Spannungskonstanthal teschaltung.

Die Treiberschaltung 100 enthält ferner eine Ladedrossel 112 a und eine Entladedrossel 112 b. Ein Anschluß jeder Dros sel 112 a und 112 b ist mit dem piezoelektrischen Element 67 verbunden. Zwischen den anderen Anschluß der Ladedrossel 112 a und den ersten Kondensator 105 ist ein erster Thyristor 113 geschaltet, während zwischen den anderen Anschluß der Ladedrossel 112 a und den zweiten Kondensator 106 ein zweiter Thyristor 114 geschaltet ist. Ferner ist zwischen den ande ren Anschluß der Ladedrossel 112 a und den dritten Kondensa tor 107 ein dritter Thyristor 115 geschaltet, während zwi schen den anderen Anschluß der Ladedrossel 112 a und den vierten Kondensator 108 ein vierter Thyristor 116 geschaltet ist. Andererseits ist zwischen den anderen Anschluß der Entladedrossel 112 b und den dritten Kondensator 107 ein fünfter Thyristor 117 geschaltet. Weiterhin ist der andere Anschluß der Entladedrossel 112 b zwischen dem vierten Kondensator 108 und dem vierten Thyristor 116 über einen sechsten Thyristor 118 angeschlossen, zu dem ein siebenter Thyristor 119 parallel geschaltet ist. Die Thyristoren 113 bis 119 sowie die vierte Hochspannungsgeneratorschaltung 104 werden durch Ausgangssignale der elektronischen Steuerein heit 200 gesteuert.

Die elektronische Steuereinheit 200 besteht aus einem Digi talrechner und enthält einen Festspeicher (ROM) 202, einen Arbeitsspeicher (RAM) 203, eine Zentraleinheit bzw. einen Mikroprozessor (CPU) 204, eine Eingabeeinheit 205 und eine Ausgabeeinheit 206, die miteinander über eine Zweiwege Sammelleitung 201 verbunden sind. An die Eingabeeinheit 205 sind ein OT-Sensor 207, der die obere Totpunktlage eines der Maschinenkolben erfaßt, und ein Kurbelwellenwinkelsensor 208 angeschlossen, der bei jeder Drehung der (nicht gezeig ten) Kurbelwelle um beispielsweise 30° einen Ausgangsimpuls erzeugt. Ferner erzeugt ein Lastsensor 209 eine Ausgangs spannung, die zu dem Ausmaß des Niederdrückens eines (nicht gezeigten) Fahrpedals proportional ist und die in die Einga beeinheit 205 über einen Analog/Digital- bzw. A/D-Wandler 210 eingegeben wird. Ferner ist die Ausgabeeinheit 206 jeweils über eine entsprechende Thyristortreiberschaltung 211 mit den Steuerelektroden der Thyristoren 113 bis 119 verbunden, welche durch Thyristorsteuersignale aus der betreffenden Thyristortreiberschaltung 211 geschaltet wer den. Weiterhin ist die Ausgabeeinheit 206 über eine Treiber schaltung 212 mit der vierten Hochspannungsgeneratorschal tung 104 verbunden. In der Steuereinheit 200 wird der momen tane Kurbelwellenwinkel der Maschine aus den Ausgangssigna len des OT-Sensors 207 und des Kurbelwellenwinkelsensors 208 ermittelt. Aus dem Ausgangssignal des Lastsensors 209 werden eine Voreinspritzungszeit und eine Haupteinspritzungszeit berechnet, manchmal nur die Haupteinspritzungszeit. An die Ausgabeeinheit 206 werden Daten abgegeben, die gemäß den Ergebnissen dieser Berechnungen den Zeitpunkt zum Beginn der Brennstoffeinspritzung und den Zeitpunkt zum Beenden der Brennstoffeinspritzung für die Voreinspritzung und die Haupteinspritzung, manchmal für die Haupteinspritzung ange ben. Von diesen Daten ausgehend werden die Thyristoren 113 bis 119 gesteuert.

Als nächstes wird anhand des Zeitdiagramms in Fig. 2 das Verfahren zum Steuern der Einspritzeinheit erläutert.

Gemäß den vorangehenden Ausführungen wird der Brennstoff über den Einlaßkanal 78 der Kühlkammer 70 zugeführt, in der der Brennstoff das piezoelektrische Element 67 kühlt, wonach der Brennstoff dann über den Auslaßkanal 79 und das Rück schlagventil 80 der Zuführöffnung 20 zugeführt wird. Wenn gemäß Fig. 5 der Druckkolben 12 in der oberen Stellung steht, wird der Brennstoff aus der Zuführöffnung 20 der Druckkammer 15 zugeführt, so daß daher zu diesem Zeitpunkt in der Druckkammer 15 ein niedriger Druck von 2 bis 3 kg/cm² herrscht. Andererseits ist zu diesem Zeitpunkt das piezo elektrische Element 67 am stärksten zusammengezogen. Der Brennstoffdruck in der Volumenänderungskammer 68 und der Druckregelkammer 55 ist zu diesem Zeitpunkt der niedrige Druck von 2 bis 3 kg/cm². Daher ist zu dieser Zeit das Überströmventil 31 durch die Federkraft der Druckfeder 46 nach rechts von dem Ventilaufnahmeabschnitt 40 nach Fig. 3 und 4 weg bewegt. D.h., das Überströmventil 31 öffnet. Infolgedessen wird der Niederdruckbrennstoff aus der Druck kammer 15 über den Durchlaß 45 im Überströmventil 31 dem Überströmkanal 48, der Einführkammer 42, der ersten Über strömkammer 43 und der zweiten Überströmkammer 44 zugeführt. Der in die zweite Überströmkammer 44 eingeleitete Brennstoff strömt aus dem Ablaßkanal 47 aus. Daher sind zu diesem Zeitpunkt die Druckbrennstoff-Einführkammer 42, die erste Überströmkammer 43 und die zweite Überströmkammer 44 mit dem Brennstoff unter dem niedrigen Druck von 2 bis 3 kg/cm² gefüllt.

Wenn als nächstes der Druckkolben 12 nach unten bewegt wird, werden durch diesen die Zuführöffnung 20 und die Öffnung 21 geschlossen, jedoch ist das Überströmventil 31 geöffnet, so daß der Brennstoff aus der Druckkammer 15 über den Über strömkanal 48 und die Einführkammer 42 in die zweite Über strömkammer 44 ausströmt. Daher ist zu diesem Zeitpunkt der Brennstoffdruck in der Druckkammer 15 gleichfalls der nie drige Druck von ungefähr 2 bis 3 kg/cm².

Wenn dann gemäß Fig. 2 der erste Thyristor 113 eingeschaltet wird, der die Voreinspritzung beginnt, wird dem piezoelek trischen Element 67 über die Ladedrossel 112 a die Ladung des ersten Kondensators 105 zugeführt. Wenn dem piezoelektri schen Element 67 Ladung zugeführt wird, dehnt es sich in axialer gerader Richtung aus, so daß infolgedessen der Kolben 63 abgesenkt wird, wodurch der Brennstoffdruck in der Volumenänderungskammer 68 und der Druckregelkammer 55 schnell ansteigt. Sobald der Brennstoffdruck in der Druckre gelkammer 55 ansteigt, wird die Stange 50 nach links gemäß Fig. 3 und 4 bewegt, wobei zugleich hiermit das Überström ventil 31 nach links bewegt wird und mit seinem Ende gegen den Ventilaufnahmeabschnitt 40 stößt, so daß das Überström ventil 31 schließt. Es ist anzumerken, daß zu diesem Zeit punkt die Ladungsmenge in dem piezoelektrischen Element 67 zu einer Menge wird, durch die das Überströmventil 31 ver hältnismäßig leicht an den Ventilaufnahmeabschnitt 40 ange drückt wird. Daher stößt zu diesem Zeitpunkt das Überström ventil 31 mit verhältnismäßig geringer Geschwindigkeit gegen den Ventilaufnahmeabschnitt 40, so daß ein Zurückprallen des Überströmventils 31 nach dem Anstoß gegen den Ventilaufnah meabschnitt 40 und daher ein erneutes Öffnen verhindert ist. Wenn als nächstes der zweite Thyristor 114 eingeschaltet wird, wird dem piezoelektrischen Element 67 über die Lade drossel 112 a die Ladung aus dem zweiten Kondensator 106 zugeführt, so daß sich das piezoelektrische Element 67 weiter ausdehnt. Infolgedessen wird nun das Überströmventil 31 stark an den Ventilaufnahmeabschnitt 40 angedrückt, so daß das Überströmventil 31 kräftig in dem Ventilschließzu stand festgehalten wird. Wenn das Überströmventil 31 schließt, steigt infolge der Abwärtsbewegung des Druckkol bens 12 der Brennstoffdruck in der Druckkammer 15 schnell an; wenn der Brennstoffdruck in der Druckkammer 15 einen vorbestimmten Druck, beispielsweise einen Solldruck von über 300 kg/cm² übersteigt, öffnet die Nadel 7 die Düsenöffnung 3, aus der dann der Brennstoff für die Voreinspritzung abgestrahlt wird. Zu diesem Zeitpunkt wird über den Über strömkanal 48 auch die Einführkammer 42 mit hohem Druck beaufschlagt, so daß durch diesen hohen Druck keine Antriebs kraft an dem Überströmventil 31 wirkt.

Wenn als nächstes gemäß Fig. 2 der dritte Thyristor 117 eingeschaltet wird, wird die dem piezoelektrischen Element 67 zugeführte Ladung über die Entladedrossel 112 b zu der Spannungskonstanthalteschaltung aus dem dritten Kondensator 107 und der Zenerdiode 109 abgeleitet. Die Zenerdiode 109 ist jedoch durchgeschaltet, wenn die Gegenspannung höher als die Zenerspannung ist, und gesperrt, wenn die Gegenspannung niedriger als die Zenerspannung ist. Daher wird dann, wenn die Anschlußspannung des dritten Kondensators 107 die Zener spannung übersteigt, ein Teil der dem dritten Kondensator 107 von der dritten Hochspannungsgeneratorschaltung 103 zugeführten Ladung über die Zenerdiode 109 abgeleitet, so daß daher die Anschlußspannung des dritten Kondensators auf einer durch die Zenerdiode 109 bestimmten konstanten Span nung gehalten wird. Der Widerstand 111 dient dabei dazu, die Entladungszeit des dritten Kondensators 107 einzustellen und einen übermäßigen Strom über die Dioden 109 und 110 zu verhindern, so daß daher der Widerstandswert des Widerstands 111 ziemlich klein ist.

Wenn der dritte Thyristor 117 eingeschaltet wird, wird die dem piezoelektrischen Element 67 zugeführte Ladung schnell über die Entladedrossel 112 b entladen, bis die Anschlußspan nung V des piezoelektrischen Elements 67 gleich einer An schlußspannung V 1 des dritten Kondensators 107 wird (Fig. 2), wonach dann die Anschlußspannung V des piezoelektrischen Elements 67 auf der Anschlußspannung V 1 des dritten Konden sators 107 gehalten wird. Wenn auf diese Weise die Ladung von dem piezoelektrischen Element 67 abgeführt wird, zieht es sich zusammen. Infolgedessen wird der Kolben 63 durch die Federkraft der Druckfeder 71 angehoben, so daß der Brenn stoffdruck der Volumenänderungskammer 68 und der Druckregel kammer 55 abfällt. Gemäß den vorangehenden Ausführungen ist die Masse der Stange 50 gering, so daß daher bei dem Abfal len des Brennstoffdrucks in der Druckregelkammer 55 die Stange 50 und das Überströmventil 31 durch die Federkraft der Druckfeder 46 sofort nach rechts gemäß Fig. 3 und 4 bewegt werden, wodurch das Überströmventil 31 von dem Ven tilaufnahmeabschnitt 40 weg bewegt wird und es sofort leicht öffnet. Wenn das Überströmventil 31 leicht geöffnet hat, wird der Hochdruckbrennstoff aus der Druckkammer 15 über den Überlaufkanal 48 und die Einführkammer 42 in die zweite Überströmkammer 44 gedrückt, so daß infolgedessen der Brenn stoffdruck P in der Druckkammer 15 schnell absinkt. Dadurch wird die Nadel 7 abgesenkt und die Voreinspritzung beendet. Es ist anzumerken, daß zu diesem Zeitpunkt wegen des leichten Öffnens des Überströmventils 31 der Brennstoffdruck P in der Druckkammer 15 zu Beginn bei dem Öffnen des Über strömventils 31 schnell abfällt, aber mit geringer werdendem Brennstoffdruck P das Absinken des Brennstoffdrucks P ver ringert ist; wenn die Anschlußspannung V des piezoelektri schen Elements 67 die Anschlußspannung V 1 des dritten Kon densators 107 erreicht, bleibt der Brennstoffdruck P in der Druckkammer 15 ein verhältnismäßig hoher Druck. Der "ver hältnismäßig hohe Druck" ist ein Brennstoffdruck P, der so weit abgesenkt ist, daß die Nadel 7 durch die Federkraft der Druckfeder 10 die Düsenöffnung 3 schließt. D.h., die An schlußspannung V 1 des dritten Kondensators 107 wird für einen Brennstoffdruck P eingestellt, der verhältnismäßig hoch, aber niedriger als der Brennstoffdruck ist, bei dem die Nadel 7 die Düsenöffnung 3 schließen und die Brennstoff einspritzung beenden würde. Da der Brennstoffdruck P in der Druckkammer 15 auf diese Weise auf dem verhältnismäßig hohen Druck gehalten wird, wird der Brennstoffdruck in der Nadel druckkammer 18 und dem Ringkanal 19 gleichfalls auf dem verhältnismäßig hohen Druck gehalten. Sobald jedoch der Brennstoffdruck in der Nadeldruckkammer 18 in einem gewissen Ausmaß abfällt, schließt die Nadel 7 die Düsenöffnung 3, aber der Brennstoffdruck in der Nadeldruckkammer 18 und dem Ringkanal 19 ist zu diesem Zeitpunkt verhältnismäßig hoch, d.h., höher als der Druck in der (nicht gezeigten) Verbren nungskammer, so daß daher das Einströmen von Verbrennungsgas aus der Verbrennungskammer über die Düsenöffnung 3 in den Ringkanal 19 verhindert ist, wenn die Voreinspritzung been det wird. Ferner fällt bei dem Öffnen des Überströmventils 31 der Brennstoffdruck in der Druckkammer 15 schnell ab, so daß der ganze Brennstoff aus dem Ringkanal 19 zu der Druck kammer 15 strömt; der Brennstoffdruck in der Druckkammer 15 fällt aber nur bis zu dem verhältnismäßig hoch angesetzten Druck ab, so daß der Druck in dem Ringkanal 19 nicht allzusehr absinkt und daher das Entstehen von kleinen Luft bläschen bei der Beendigung der Voreinspritzung verhindert ist.

Wenn als nächstes gemäß Fig. 2 der vierte Thyristor 114 eingeschaltet wird, der die Haupteinspritzung einleitet, wird dem piezoelektrischen Element 67 über die Ladedrossel 112 a die Ladung des vierten Kondensators 108 zugeführt. Wenn dem piezoelektrischen Element 67 die Ladung zugeführt wird, dehnt es sich in axialer gerader Richtung aus, was zur Folge hat, daß der Endabschnitt des Überströmventils 31 gegen den Ventilaufnahmeabschnitt 40 stößt und das Überströmventil 31 schließt. Gemäß den vorangehenden Ausführungen ist dann, wenn die Voreinspritzung beendet ist, das Überströmventil 31 nur leicht geöffnet, so daß bei dem Ausdehnen des piezoelek trischen Elements 67 der Endabschnitt des Überströmventils 31 mit verhältnismäßig niedriger Geschwindigkeit gegen den Ventilaufnahmeabschnitt 40 stößt. Hierdurch ist das Zurück prallen des Überströmventils 31 nach dem Anstoßen an den Ventilaufnahmeabschnitt 40 und damit das Öffnen verhindert. Wenn das Überströmventil 31 schließt, steigt der Brennstoff druck in der Druckkammer 15 durch die Abwärtsbewegung des Druckkolbens 12 schnell an. Wenn der Brennstoffdruck in der Druckkammer 15 wieder den vorbestimmten Druck, wie bei spielsweise den Solldruck von über 300 kg/cm² übersteigt, öffnet die Nadel 7 die Düsenöffnung 3, so daß aus dieser der Brennstoff für die Haupteinspritzung abgestrahlt wird.

Wenn andererseits gemäß Fig. 2 die Ladung aus dem vierten Kondensator 108 abgegeben und dem piezoelektrischen Element 67 zugeführt wird, sinkt die Anschlußspannung V 2 des vierten Kondensators 108. Zu diesem Zeitpunkt wird das Laden des vierten Kondensators 108 aus der vierten Hochspannungsgene ratorschaltung 104 unterbrochen, so daß die Anschlußspannung V 2 des vierten Kondensators 108 auf ihrem niedrigen Wert gehalten wird.

Wenn als nächstes gemäß Fig. 2 der sechste Thyristor 118 eingeschaltet wird, wird die dem piezoelektrischen Element 67 zugeführte Ladung über die Entladedrossel 112 b abgelei tet, wodurch die Anschlußspannung V 2 des vierten Kondensa tors 108 ansteigt. Dabei wird die Anschlußspannung V des piezoelektrischen Elements 67 schnell abgebaut, bis sie die durch die statische Kapazität des vierten Kondensators 108 bestimmte Sollspannung V 2 erreicht (Fig. 2). Wenn die Ladung von dem piezoelektrischen Element 67 abgeführt wird, zieht es sich zusammen. Infolgedessen wird das Überströmventil 31 von dem Ventilaufnahmeabschnitt 40 bewegt, so daß das Über strömventil 31 sofort leicht öffnet. Wenn das Überströmven til 31 leicht geöffnet hat, strömt der Hochdruckbrennstoff aus der Druckkammer 15 über den Überströmkanal 48 und die Einführkammer 42 in die zweite Überströmkammer 44, was zur Folge hat, daß die Nadel 7 abwärts bewegt wird und die Haupteinspritzung beendet wird. Es ist anzumerken, daß zu diesem Zeitpunkt wegen des leichten Öffnens des Überström ventils 31 der Brennstoffdruck P in der Druckkammer 15 zuerst bei dem Öffnen des Überströmventils 31 schnell ab fällt, aber mit geringer werdendem Brennstoffdruck P die Verringerung des Brennstoffdrucks P geringer wird und daher dann, wenn die Anschlußspannung V des piezoelektrischen Elements 67 die durch die statische Kapazität des vierten Kondensators 108 bestimmte Sollspannung V 2 erreicht, der Brennstoffdruck P in der Druckkammer 15 noch ein verhältnis mäßig hoher Druck ist. Der verhältnismäßig hohe Druck ist ein Brennstoffdruck P, der dazu ausreichend abgesenkt ist, daß die Nadel 7 durch die Federkraft der Druckfeder 10 die Düsenöffnung 3 schließt. D.h., die durch die statische Kapazität des vierten Kondensators 108 bestimmte Sollspan nung V 2 wird derart festgelegt, daß der Druck zu einem Druck P wird, welcher verhältnismäßig hoch, aber niedriger als der Brennstoffdruck ist, bei dem die Nadel 7 die Düsenöffnung 3 schließt und die Brennstoffeinspritzung beendet. Da der Brennstoffdruck P in der Druckkammer 15 auf dem verhältnis mäßig hohen Druck gehalten wird, wird auch der Brennstoff druck in der Nadeldruckkammer 18 und dem Ringkanal 19 auf dem verhältnismäßig hohen Druck gehalten. Gemäß den vorange henden Ausführungen schließt die Nadel 7 die Düsenöffnung 3, wenn der Brennstoffdruck in der Nadeldruckkammer 18 in einem gewissen Ausmaß absinkt, jedoch ist zu diesem Zeitpunkt der Brennstoffdruck in der Nadeldruckkammer 18 und dem Ringkanal 19 verhältnismäßig hoch, nämlich höher als der Druck in der Verbrennungskammer, so daß daher das Einströmen von Verbren nungsgas aus der Verbrennungskammer über die Düsenöffnung 3 in den Ringkanal 19 nach dem Beenden der Haupteinspritzung verhindert ist. Ferner fällt gemäß den vorangehenden Ausfüh rungen dann, wenn das Überströmventil 31 öffnet, der Brenn stoffdruck in der Druckkammer 15 schnell ab, so daß der gesamte Brennstoff aus dem Ringkanal 19 zu der Druckkammer 15 hin strömt, wobei aber der Brennstoffdruck in der Druck kammer 15 nur bis zu dem verhältnismäßig hoch angesetzten Druck abfällt, so daß der Druck in dem Ringkanal 19 nicht allzu stark absinkt und daher das Entstehen von kleinen Luftbläschen nach dem Beenden der Haupteinspritzung verhin dert ist.

Wenn als nächstes gemäß Fig. 2 der siebente Thyristor 119 eingeschaltet wird, wird die in dem piezoelektrischen Ele ment 67 verbliebene Ladung entladen. Infolgedessen öffnet das Überströmventil 31 vollständig, so daß der Brennstoff druck in der Druckkammer 15 auf den Speisedruck absinkt. Da andererseits das Überströmventil 31 öffnet, wenn sich das piezoelektrische Element 67 zusammenzieht und der Brenn stoffdruck in der Volumenänderungskammer 68 absinkt, wird der Niederdruckbrennstoff in der Volumenänderungskammer 68 über das Rückschlagventil 72 ergänzt, sobald der Brenn stoffdruck in der Volumenänderungskammer 68 niedriger als der Brennstoffdruck in dem Einlaßkanal 77 wird (Fig. 7).

Wenn sich dann der Druckkolben 12 weiter nach unten bewegt, kommt die an der Außenumfangsfläche des Druckkolbens 12 ausgebildete Umfangsnut 26 mit der Zuführöffnung 20 und der Öffnung 21 in Verbindung. Wenn zu diesem Zeitpunkt der Brennstoffdruck in der Druckkammer 15 höher als der Brenn stoffdruck in der Zuführöffnung 20 und der Öffnung 21 ist, wird der Brennstoff aus der Druckkammer 15 über die in dem Druckkolben 12 ausgebildete Abflußöffnung bzw. Abflußbohrung 27 und die Umfangsnut 26 in die Zuführöffnung 20 und die Öffnung 21 abgeleitet. Danach wird der Druckkolben 12 ange hoben und in die obere Stellung zurückgeführt, wonach dann wieder das Abwärtsbewegen beginnt.

Andererseits beginnt gemäß Fig. 2 eine bestimmte Zeit nach dem Beenden der Haupteinspritzung das Laden des vierten Kondensators 108 durch die Hochspannungsgeneratorschaltung 104, wodurch die Anschlußspannung des vierten Kondensators 108 allmählich angehoben wird. Wenn die Anschlußspannung des vierten Kondensators 108 eine vorbestimmte Spannung er reicht, wird dessen Laden aus der vierten Hochspannungsgene ratorschaltung 104 abgebrochen. Es ist anzumerken, daß gemäß den vorangehenden Ausführungen der vierte Kondensator 108 mit einem Teil der Ladung aus dem piezoelektrischen Element 67 geladen ist, so daß dadurch der Leistungsverbrauch ver ringert ist.

Wenn nur die Haupteinspritzung ausgeführt wird, werden der ersten Thyristor 113 und der zweiten Thyristor 114 nicht geschaltet. In diesem Fall wird zu Beginn der Brennstoffein spritzung zuerst der dritte Thyristor 115 eingeschaltet, wodurch eine erste Stufe der Ladungszufuhr zu dem piezoelek trischen Element 67 ausgeführt wird, wonach dann der vierte Thyristor 116 eingeschaltet wird und eine zweite Stufe der Ladungszufuhr zum piezoelektrischen Element 67 ausgeführt wird. Andererseits wird zum Beenden der Brennstoffeinsprit zung zuerst der sechste Thyristor 118 eingeschaltet, wonach dann nach einer bestimmten Zeit der siebente Thyristor 119 eingeschaltet wird.

Ein zweites Ausführungsbeispiel ist in den Fig. 9 bis 11 veranschaulicht. Bei den nachstehend erläuterten verschiede nen Ausführungsbeispielen sind die gleichen Elemente wie bei dem in den Fig. 1 bis 8 dargestellten Ausführungsbeispiel mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.

Gemäß Fig. 9 enthält die Treiberschaltung 100 die erste Hochspannungsgeneratorschaltung 101, die eine verhältnismä ßig niedrige Spannung erzeugt, und die zweite Hochspannungs generatorschaltung 102, die eine verhältnismäßig hohe Span nung erzeugt. An die Ausgangsanschlüsse der ersten Hochspan nungsgeneratorschaltung 101 ist der erste Kondensator 105 angeschlossen, der durch die Ausgangsspannung der ersten Hochspannungsgeneratorschaltung 101 geladen wird. Anderer seits ist an die Ausgangsanschlüsse der zweiten Hochspan nungsgeneratorschaltung 102 der zweite Kondensator 106 angeschlossen, der durch die Ausgangsspannung der zweiten Hochspannungsgeneratorschaltung 102 geladen wird. Ferner enthält die Treiberschaltung 100 die Ladedrossel 112 a und die Entladedrossel 112 b, die jeweils mit einem Anschluß mit dem piezoelektrischen Element 67 verbunden sind. Zwischen den anderen Anschluß der Ladedrossel 112 a und den ersten Kondensator 105 ist der erste Thyristor 113 geschaltet, während zwischen den anderen Anschluß der Ladedrossel 112 a und den zweiten Kondensator 106 der zweite Thyristor 114 geschaltet ist. Andererseits ist der andere Anschluß der Entladedrossel 112 b mit einem Schaltelement 120 beispiels weise in Form eines Transistors verbunden, zu dem eine Rückstromsperrdiode 121 in Reihe geschaltet ist. Zu der Entladedrossel 112 b ist eine Rückstromsperrdiode 122 paral lel geschaltet.

Die an die Ausgabeeinheit 206 der elektronischen Steuerein heit 200 sind über die entsprechenden Treiberschaltungen 211 die Steuerelektroden der Thyristoren 113 und 114 und die Steuerelektrode des Schaltelements 120 angeschlossen, so daß diese durch die Steuersignale aus der betreffenden Treiber schaltung 211 geschaltet werden. In der Steuereinheit 200 wird aus den Ausgangssignalen des OT-Sensors 207 und des Kurbelwellenwinkelsensors 208 der momentane Kurbelwellenwin kel der Maschine ermittelt. Aus dem Ausgangssignal des Lastsensors 209 wird die Brennstoffeinspritzzeit berechnet. Von den Ergebnissen dieser Berechnung ausgehend werden an die Ausgabeeinheit 206 Daten abgegeben, die den Zeitpunkt für den Beginn der Brennstoffeinspritzung und den Zeitpunkt für das Beenden der Brennstoffeinspritzung anzeigen. Gemäß diesen Daten werden die Thyristoren 113 und 114 und das Schaltelement 120 gesteuert.

Als nächstes wird anhand des Ablaufdiagramms in Fig. 10 das Verfahren zum Steuern der Einspritzeinheit erläutert.

Wenn gemäß Fig. 10 der erste Thyristor 113 eingeschaltet wird, der die Voreinspritzung einleitet, wird die Ladung aus dem ersten Kondensator 105 über die Ladedrossel 112 a dem piezoelektrischen Element 67 zugeführt. Wenn dem piezoelek trischen Element 67 Ladung zugeführt wird, dehnt es sich in axialer linearer Richtung aus, wodurch der Kolben 63 herun tergedrückt wird, so daß der Brennstoffdruck in der Volumen änderungskammer 68 und der Druckregelkammer 55 schnell ansteigt. Sobald der Brennstoffdruck in der Druckregelkammer 55 ansteigt, wird die Stange 50 nach links gemäß Fig. 3 und 4 bewegt, wobei zugleich damit das Überströmventil 31 nach links bewegt wird und mit seinem Ende gegen den Ventilauf nahmeabschnitt 40 stößt, so daß es schließt. Es ist anzumer ken, daß zu diesem Zeitpunkt die Ladungsmenge in dem piezo elektrischen Element 67 zu einer Ladungsmenge wird, durch die das Überströmventil 31 verhältnismäßig leicht gegen den Ventilaufnahmeabschnitt 40 gedrückt wird. Daher stößt das Überströmventil 31 mit verhältnismäßig niedriger Geschwin digkeit gegen den Ventilaufnahmeabschnitt 40, so daß ein Zurückprallen des Überströmventils 31 nach dem Anstoß gegen den Ventilaufnahmeabschnitt 40 und auf diese Weise ein erneutes Öffnen verhindert ist. Wenn danach der zweite Thyristor 114 eingeschaltet wird, wird dem piezoelektrischen Element 67 über die Ladedrossel 112 a die Ladung aus dem zweiten Kondensator 106 zugeführt, so daß sich das piezo elektrische Element 67 weiter ausdehnt. Als Ergebnis wird das Überströmventil 31 stark an den Ventilaufnahmeabschnitt 40 angedrückt, so daß das Überströmventil 31 fest geschlos sen gehalten wird. Wenn das Überströmventil 31 schließt, steigt infolge der Abwärtsbewegung des Druckkolbens 12 der Brennstoffdruck in der Druckkammer 15 schnell an, wobei dann, wenn der Brennstoffdruck in der Druckkammer 15 den vorbestimmten Druck übersteigt, die Nadel 7 die Düsenöffnung 3 freigibt und der Brennstoff zur Voreinspritzung aus der Düsenöffnung 3 gespritzt wird.

Wenn als nächstes gemäß Fig. 10 das Schaltelement 120 einge schaltet wird, wird die dem piezoelektrischen Element 67 zugeführte Ladung über die Entladedrossel 112 b entladen. Hierbei fällt die Anschlußspannung V des piezoelektrischen Elements 67 während der Einschaltzeit des Schaltelements 120 allmählich mit einer festen Zeitkonstante ab, die durch die statische Kapazität des piezoelektrischen Elements 67 und die Reaktanz der Entladedrossel 112 b bestimmt ist. Wenn danach das Schaltelement 120 abgeschaltet wird, endet der Entladevorgang, so daß dann die Anschlußspannung V des piezoelektrischen Elements 67 auf einer Sollspannung V 1 gehalten wird. Die Sollspannung V 1 an dem piezoelektrischen Element 67 bei dem Beenden des Entladens kann daher durch die Einschaltzeit tG des Schaltelements 120 gesteuert wer den.

Wenn auf diese Weise die Ladung von dem piezoelektrischen Element 67 abgeführt wird, zieht es sich zusammen. Infolg edessen wird der Kolben 63 durch die Federkraft der Druckfe der 71 angehoben, so daß der Brennstoffdruck in der Volumen änderungskammer 68 und der Druckregelkammer 55 sinkt. Wenn der Druck in der Druckregelkammer 55 abfällt, bewegen sich durch die Federkraft der Druckfeder 46 die Stange 50 und das Überströmventil 31 unverzüglich nach rechts gemäß Fig. 3 und 4, so daß sich das Überströmventil 31 von dem Ventilaufnah meabschnitt 40 weg bewegt und es sofort etwas öffnet. Wenn das Überströmventil 31 leicht geöffnet ist, wird der Hoch druckbrennstoff in der Druckkammer 15 über den Überströmka nal 48 und die Einführkammer 42 in die zweite Überströmkam mer 44 gedrückt, so daß der Brennstoffdruck P in der Druck kammer 15 schnell abfällt. Dadurch wird die Nadel 7 abge senkt und die Voreinspritzung beendet. Es ist anzumerken, daß zu diesem Zeitpunkt wegen des leichten Öffnens des Überströmventils 31 der Brennstoffdruck P in der Druckkammer 15 zu Beginn des Öffnens des Überströmventils 31 schnell abfällt, aber mit niedriger werdendem Brennstoffdruck P dessen Verringerung vermindert ist und dann, wenn die An schlußspannung V des piezoelektrischen Elements 67 die Sollspannung V 1 erreicht, der Brennstoffdruck P in der Druckkammer 15 ein verhältnismäßig hoher Druck bleibt. Der verhältnismäßig hohe Druck ist ein Brennstoffdruck P, bei dem die Nadel 7 durch die Federkraft der Druckfeder 10 die Düsenöffnung 3 verschließt. D.h., die Einschaltzeit tG des Schaltelements 120 wird derart gewählt, daß die Anschluß spannung V des piezoelektrischen Elements 67 bis auf die Sollspannung V 1 abfällt, bei der der Druck zwar verhältnis mäßig hoch, aber niedriger als der Brennstoffdruck wird, bei dem die Nadel 7 die Düsenöffnung 3 schließt und die Brenn stoffeinspritzung endet.

Sobald jedoch die Maschinendrehzahl NE höher wird, wird die Druckbeaufschlagungszeit des Druckkolbens 12 kürzer und daher die aus der Druckkammer 15 herausgepreßte Brennstoff menge geringer, so daß der Brennstoffdruck P in der Druck kammer 15 umso höher wird, je höher die Maschinendrehzahl NE ist. Damit der Brennstoffdruck P in der Druckkammer 15 bei dem Abschalten des Schaltelements 120 unabhängig von der Maschinendrehzahl NE konstant gehalten wird, muß daher die Einschaltzeit tG des Schaltelements 120 umso länger sein, je höher die Maschinendrehzahl NE ist. Es wird daher im voraus experimentell ein Zusammenhang gemäß Fig. 11 zwischen der Maschinendrehzahl NE und der Einschaltzeit tG des Schaltele ments 120 ermittelt, die dafür erforderlich ist, in der Druckkammer 15 dann, wenn das Schaltelement 120 zum Beibe halten einer konstanten Spannung abgeschaltet wird, einen Brennstoffdruck P zu erhalten, der verhältnismäßig hoch, aber niedriger als der Brennstoffdruck ist, bei dem die Nadel 7 die Düsenöffnung 3 schließt und die Brennstoffein spritzung endet. Die in Fig. 11 dargestellten Beziehungen werden im voraus in dem Festspeicher 202 gespeichert. Daher wird die Einschaltzeit tG des Schaltelements 120 entspre chend der Maschinendrehzahl NE aus den in dem Festspeicher 202 gespeicherten Beziehungen ermittelt.

Da der Brennstoffdruck P in der Druckkammer 15 auf dem verhältnismäßig hohen Druck gehalten wird, wenn die Vorein spritzung beendet ist, wird auch der Brennstoffdruck in der Nadeldruckkammer 18 und dem Ringkanal 19 auf dem verhältnis mäßig hohen Druck gehalten, so daß daher bei beendeter Voreinspritzung das Einströmen von Verbrennungsgas aus der Verbrennungskammer über die Düsenöffnung 3 in den Ringkanal 19 verhindert ist. Ferner fällt der Brennstoffdruck in der Druckkammer 15 nur schnell auf den verhältnismäßig hohen Solldruck ab, so daß der Druck in dem Ringkanal 19 nicht allzu stark absinkt und daher das Entstehen von Luftbläschen bei der Beendigung der Voreinspritzung verhindert ist.

Wenn als nächstes gemäß Fig. 10 erneut der zweite Thyristor 114 zum Einleiten der Haupteinspritzung eingeschaltet wird, wird dem piezoelektrischen Element 67 über die Ladedrossel 112 a die Ladung aus dem zweiten Kondensator 106 zugeführt. Wenn das piezoelektrische Element 67 geladen wird, dehnt es sich in axialer linearer Richtung aus, was zur Folge hat, daß der Stirnabschnitt des Überströmventils 31 gegen den Ventilaufnahmeabschnitt 40 stößt und das Überströmventil 31 schließt. Gemäß den vorstehenden Ausführungen öffnet nach beendeter Voreinspritzung das Überströmventil 31 nur ge ringfügig, so daß bei der Ausdehnung des piezoelektrischen Elements 67 das Ende des Überströmventils 31 mit verhältnis mäßig geringer Geschwindigkeit gegen den Ventilaufnahmeab schnitt 40 stößt. Infolgedessen ist ein Zurückprallen des Überströmventils 31 nach dem Anstoß an den Ventilaufnahmeab schnitt 40 und damit ein erneutes Öffnen verhindert. Wenn das Überströmventil 31 geschlossen hat, wird durch die Abwärtsbewegung des Druckkolbens 12 der Brennstoffdruck in der Druckkammer 15 schnell erhöht. Sobald der Brennstoff druck in der Druckkammer 15 wieder den vorbestimmten Druck übersteigt, gibt die Nadel 7 die Düsenöffnung 3 frei, so daß aus dieser der Brennstoff für die Haupteinspritzung abge strahlt wird.

Als nächstes wird gemäß Fig. 10 das Schaltelement 120 wieder für genau die Zeit tG eingeschaltet. Dadurch wird die Ladung von dem piezoelektrischen Element 67 über die Entladedrossel 112 b abgeführt, wobei die Anschlußspannung V des piezoelek trischen Elements 67 auf die Sollspannung V 2 abfällt. Diese Sollspannung V 2 ist im wesentlichen gleich der Sollspannung V 1. Wenn die dem piezoelektrischen Element 67 zugeführte Ladung entladen wird, zieht es sich zusammen. Als Ergebnis hiervon wird das Überströmventil 31 von dem Ventilaufnahme abschnitt 40 weg bewegt, so daß es unverzüglich leicht öffnet. Wenn das Überströmventil 31 leicht geöffnet hat, wird der Hochdruckbrennstoff aus der Druckkammer 15 über den Überströmkanal 48 und die Einführkammer 42 in die zweite Überströmkammer 44 gepreßt, wodurch der Brennstoffdruck P in der Druckkammer 15 schnell absinkt. Infolgedessen wird die Nadel 7 gesenkt und die Haupteinspritzung beendet. Es ist anzumerken, daß zu diesem Zeitpunkt wegen des leichten Öffnens des Überströmventils 31 der Brennstoffdruck P in der Druckkammer 15 zuerst schnell absinkt, aber mit niedriger werdendem Brennstoffdruck P dessen Absenkung vermindert ist, so daß daher dann, wenn die Anschlußspannung V des piezo elektrischen Elements 67 die Sollspannung V 2 erreicht, in der Druckkammer 15 ein verhältnismäßig hoher Druck ver bleibt. Dadurch wird verhindert, daß bei dem Beenden der Haupteinspritzung Verbrennungsgas aus der Verbrennungskammer über die Düsenöffnung 3 in den Ringkanal 19 strömt und daß nach beendeter Haupteinspritzung kleine Luftbläschen gebil det werden.

Als nächstes wird nach einer bestimmten Zeit das Schaltele ment 120 wieder eingeschaltet, wodurch die restliche Ladung an dem piezoelektrischen Element 67 entladen wird. Dadurch wird das Überströmventil 31 voll geöffnet, so daß der Brenn stoffdruck in der Druckkammer 15 auf den Speisedruck ab fällt.

Ein weiteres bzw. drittes Ausführungsbeispiel ist in den Fig. 12 und 13 dargestellt.

Bei diesem Ausführungsbeispiel enthält gemäß Fig. 12 die Treiberschaltung 100 die erste Hochspannungsgeneratorschal tung 101, die eine verhältnismäßig niedrige Spannung er zeugt, und die zweite Hochspannungsgeneratorschaltung 102, die eine verhältnismäßig hohe Spannung erzeugt. Zwischen die Ausgangsanschlüsse der ersten Hochspannungsgeneratorschal tung 101 ist der erste Kondensator 105 geschaltet, der mit der Ausgangsspannung der Generatorschaltung geladen wird. Zwischen die Ausgangsanschlüsse der zweiten Hochspannungsge neratorschaltung 102 ist der zweite Kondensator 106 geschal tet, der mit der Ausgangsspannung der Generatorschaltung geladen wird. Ferner enthält die Treiberschaltung 100 die Ladedrossel 112 a und die Entladedrossel 112 b. Jede Drossel 112 a und 112 b ist an einem Anschluß mit dem piezoelektri schen Element 67 verbunden. Zwischen den anderen Anschluß der Ladedrossel 112 a und den ersten Kondensator 105 ist der erste Thyristor 113 geschaltet, während zwischen den anderen Anschluß der Ladedrossel 112 a und den zweiten Kondensator 106 der zweite Thyristor 114 geschaltet ist. Der andere Anschluß der Entladedrossel 112 b ist über einen dritten Thyristor 130 mit einer Spannungskonstanthalteschaltung 131 sowie parallel zu dem dritten Thyristor 130 mit einem vier ten Thyristor 132 verbunden. Die Spannungskonstanthalte schaltung 131 enthält einen mit dem dritten Thyristor 130 in Reihe geschalteten dritten Kondensator 133, eine dritte Hochspannungsgeneratorschaltung 134 zum Laden des dritten Kondensators 133 und eine zu dem Kondensator 133 parallel geschaltete Zenerdiode 136, zu der eine Rückstromsperrdiode 137 und ein Widerstand 138 in Reihe geschaltet sind.

Die Ausgabeeinheit 206 der elektronischen Steuereinheit 200 ist über die jeweils entsprechende Thyristortreiberschaltung 211 mit den Steueranschlüssen der Thyristoren 113, 114, 130 und 132 verbunden, die auf diese Weise durch Thyristor steuersignale aus der betreffenden Thyristortreiberschaltung 211 geschaltet werden. In der elektronischen Steuereinheit 200 wird aus den Ausgangssignalen des OT-Sensors 207 und des Kurbelwellenwinkelsensors 208 der momentane Kurbelwellenwin kel der Maschine ermittelt. Aus dem Ausgangssignal des Lastsensors 209 wird die Brennstoffeinspritzzeit berechnet. An die Ausgabeeinheit 206 werden Daten abgegeben, die den Zeitpunkt für den Beginn der Brennstoffeinspritzung und den Zeitpunkt für das Beenden der Brennstoffeinspritzung ent sprechend den Berechnungsergebnissen bestimmen. Von diesen Daten ausgehend werden die Thyristoren 113, 114, 130 und 132 gesteuert.

Als nächstes wird anhand des in Fig. 13 dargestellten Zeit diagramms das Verfahren zur Steuerung der Einspritzeinheit erläutert.

Wenn gemäß Fig. 13 der erste Thyristor 113 zum Einleiten der Brennstoffeinspritzung eingeschaltet wird, wird dem piezo elektrischen Element 67 über die Ladedrossel 112 a die Ladung aus dem ersten Kondensator 105 zugeführt. Wenn das piezo elektrische Element 67 geladen bzw. mit Ladung beaufschlagt wird, dehnt es sich in axialer linearer Richtung aus, wo durch der Kolben 63 abgesenkt wird, so daß der Brennstoff druck in der Volumenänderungskammer 68 und der Druckregel kammer 55 schnell ansteigt. Sobald der Brennstoffdruck in der Druckregelkammer 55 ansteigt, wird die Stange 50 nach links gemäß Fig. 3 und 4 bewegt, wobei zugleich damit das Überströmventil 31 nach links bewegt wird und mit seinem Ende gegen den Ventilaufnahmeabschnitt 40 stößt, so daß es schließt. Zu diesem Zeitpunkt wird die Ladungsmenge an dem piezoelektrischen Element 67 zu einer Menge, bei der das Überströmventil 31 verhältnismäßig schwach an den Ventilauf nahmeabschnitt 40 angedrückt wird. Daher stößt das Über strömventil 31 mit verhältnismäßig geringer Geschwindigkeit gegen den Ventilaufnahmeabschnitt 40, so daß ein Zurückpral len des Überströmventils 31 nach dessen Auftreffen auf den Ventilaufnahmeabschnitt 40 und damit ein erneutes Öffnen verhindert ist. Wenn dann der zweite Thyristor 114 einge schaltet wird, wird dem piezoelektrischen Element 67 über die Ladedrossel 112 a die Ladung aus dem zweiten Kondensator 106 zugeführt, wodurch sich das piezoelektrische Element 67 weiter ausdehnt. Als Folge davon wird das Überströmventil 31 stark an den Ventilaufnahmeabschnitt 40 angepreßt, so daß es fest geschlossen gehalten wird. Wenn das Überströmventil 31 geschlossen ist, steigt der Brennstoffdruck in der Druckkam mer 15 durch die Abwärtsbewegung des Druckkolbens 12 schnell an, wobei dann, wenn der Brennstoffdruck in der Druckkammer 15 einen vorbestimmten Druck übersteigt, die Nadel 7 die Düsenöffnung 3 freigibt und aus dieser Brennstoff abge spritzt wird.

Wenn als nächstes gemäß Fig. 13 der dritte Thyristor 130 eingeschaltet wird, wird die Ladung von dem piezoelektri schen Element 67 über die Entladedrossel 112 b und die Span nungskonstanthalteschaltung 131 abgeleitet. Dabei ist die Zenerdiode 136 durchgeschaltet, wenn die Gegenspannung höher als die Zenerspannung ist, und gesperrt, wenn die Gegenspan nung niedriger als die Zenerspannung ist. Daher wird dann, wenn die Anschlußspannung des dritten Kondensators 133 die Zenerspannung übersteigt, ein Teil der dem dritten Kondensa tor 133 von der dritten Hochspannungsgeneratorschaltung 134 zugeführten Ladung über die Zenerdiode 136 abgeleitet, so daß dadurch die Anschlußspannung des dritten Kondensators 133 auf einer durch die Zenerdiode 136 bestimmten konstanten Spannung gehalten wird. Der Widerstand 138 dient dazu, die Entladezeit des dritten Kondensators 133 zu bestimmen und einen übermäßig hohen Stromfluß über die Dioden 136 und 137 zu verhindern, so daß daher der Widerstand 138 einen ziem lich kleinen Widerstandswert erhält.

Wenn der dritte Thyristor 130 eingeschaltet wird, wird die Ladung von dem piezoelektrischen Element 67 über die Entla dedrossel 112 a schnell abgeführt, bis die Anschlußspannung V des piezoelektrischen Elements 67 zu der Anschlußspannung Vo des dritten Kondensators 133 wird (Fig. 13), wonach dann die Anschlußspannung V des piezoelektrischen Elements 67 auf der Anschlußspannung Vo des dritten Kondensators 133 gehalten wird. Wenn auf diese Weise die Ladung des piezoelektrischen Elements 67 entladen wird, zieht sich dieses zusammen. Als Folge davon wird der Kolben 63 durch die Federkraft der Druckfeder 71 angehoben, so daß der Brennstoffdruck in der Volumenänderungskammer 68 und der Druckregelkammer 57 ab sinkt. Sobald der Brennstoffdruck in der Druckregelkammer 55 abfällt, werden die Stange 50 und das Überströmventil 31 durch die Federkraft der Druckfeder 46 unverzüglich nach rechts gemäß Fig. 3 und 4 bewegt, so daß das Überströmventil 31 von dem Ventilaufnahmeabschnitt 40 weg bewegt wird und sofort geringfügig öffnet. Sobald das Überströmventil 31 ein wenig öffnet, wird der Hochdruckbrennstoff in der Druckkam mer 15 über den Überströmkanal 48 und die Einführkammer 42 in die zweite Überströmkammer 44 gepreßt, was zur Folge hat, daß der Brennstoffdruck P in der Druckkammer 15 schnell abfällt. Dadurch wird die Nadel 7 gesenkt und die Ein spritzung beendet. Da zu diesem Zeitpunkt das Überströmven til 31 nur leicht öffnet, fällt der Brennstoffdruck P in der Druckkammer 15 zu Beginn beim Öffnen des Überströmventils 31 schnell ab, jedoch ist mit niedriger werdendem Brennstoff druck P dessen Abnahme vermindert und es verbleibt dann, wenn die Anschlußspannung V des piezoelektrischen Elements 67 die Anschlußspannung Vo des dritten Kondensators 133 erreicht, ein verhältnismäßig hoher Druck in der Druckkammer 15. Dadurch wird verhindert, daß Verbrennungsgas aus der Verbrennungskammer über die Düsenöffnung 3 in den Ringkanal 19 strömt, wenn die Einspritzung beendet ist, und daß ferner in dem Ringkanal 19 kleine Luftbläschen entstehen.

Wenn dann gemäß Fig. 13 der vierte Thyristor 132 zum Ab schließen der Brennstoffeinspritzung eingeschaltet wird, wird schnell die Restladung von dem piezoelektrischen Ele ment 67 abgeführt. Dadurch wird das Überströmventil 31 voll geöffnet und der Brennstoffdruck in der Druckkammer 15 auf den Zuführdruck abgesenkt.

Die Fig. 14 und 15 zeigen eine Abwandlungsform des in Fig. 12 und 13 gezeigten Ausführungsbeispiels. Bei diesem abge wandelten Ausführungsbeispiel sind an den anderen Anschluß der Entladedrossel 112 b gleichfalls der dritte Thyristor 130 und der vierte Thyristor 132 angeschlossen, jedoch ist der dritte Thyristor 130 zwischen dem zweiten Kondensator 160 und dem zweiten Thyristor 114 angeschlossen. Ferner sind bei diesem Ausführungsbeispiel die erste Hochspannungsgenerator schaltung 101 und die zweite Hochspannungsgeneratorschaltung 102 an die Ausgabeeinheit 206 über eine entsprechende Trei berschaltung 212 angeschlossen, welche die Generatorschal tungen zum Beginnen des Ladens der Kondensatoren 105 bzw. 106 nach dem Beenden der Brennstoffeinspritzung entsprechend Ausgangssignalen der elektronischen Steuereinheit 200 steuern.

Im folgenden wird anhand des Zeitdiagramms in Fig. 15 das Verfahren zur Steuerung der Einspritzeinheit erläutert.

Wenn die Brennstoffeinspritzung begonnen werden soll, wird zuerst der ersten Thyristor 113 eingeschaltet, wonach dann der zweite Thyristor 114 eingeschaltet wird. Dadurch werden auf gleiche Weise wie bei dem in Fig. 13 gezeigten Ausfüh rungsbeispiel dem piezoelektrischen Element 67 die Ladungen in zwei Stufen zugeführt. Wenn der erste Thyristor 113 und der zweite Thyristor 114 eingeschaltet werden, fallen gemäß Fig. 15 die Anschlußspannungen des ersten Kondensators 105 und des zweiten Kondensators 106 ab, jedoch wird zu diesem Zeitpunkt das Laden der Kondensatoren 105 und 106 aus den Hochspannungsgeneratorschaltungen 101 und 102 unterbrochen, so daß die verringerten Anschlußspannungen des ersten Kon densators 105 und des zweiten Kondensators 106 aufrecht erhalten werden.

Wenn dann der dritte Thyristor 130 für das Beenden der Brennstoffeinspritzung eingeschaltet wird, beginnt das Abführen der dem piezoelektrischen Element 67 zugeführten Ladung. Dabei fällt die Anschlußspannung V des piezoelektri schen Elements 67 schnell auf eine durch die Kapazität des zweiten Kondensators 106 bestimmte Sollspannung Vo ab und wird dann auf dieser Sollspannung Vo gehalten. Diese Soll spannung Vo ist die gleiche wie die in Fig. 13 gezeigte Spannung Vo. Daher hat bei diesem abgewandelten Ausführungs beispiel der zweite Kondensator die Funktion einer Span nungskonstanthalteschaltung. Wenn danach der vierte Thyri stor 132 eingeschaltet wird, wird schnell die an dem piezo elektrischen Element 67 verbliebene Ladung abgeführt. Danach beginnt das Laden des ersten Kondensators 105 und des zwei ten Kondensators 106 aus den Hochspannungsgeneratorschaltun gen 101 und 102, wodurch die Anschlußspannungen der Konden satoren 105 und 106 allmählich ansteigen.

Bei diesem Ausführungsbeispiel wird ein Teil der aus dem piezoelektrischen Element 67 abgeführten Ladung in den zweiten Kondensator 106 geleitet und die Ladung aus diesem zweiten Kondensator 106 während der nächsten Brennstoffein spritzung dem piezoelektrischen Element 67 zugeführt, so daß dadurch nicht nur der Leistungsverbrauch gesenkt werden kann, sondern auch der Schaltungsaufbau der Entladeschaltung der Treiberschaltung 100 einfach wird. Da ferner die dem zweiten Kondensator 106 zugeführte Ladung während der näch sten Brennstoffeinspritzung entladen wird, ist kein Über spannungs-Ableitkreis mit einer Zenerdiode gemäß Fig. 12 erforderlich.

Die Fig. 16 und 17 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel.

Bei diesem Ausführungsbeispiel enthält gemäß Fig. 16 die Treiberschaltung 100 die erste Hochspannungsgeneratorschal tung 101 zum Erzeugen der verhältnismäßig niedrigen Spannung und die zweite Hochspannungsgeneratorschaltung 102 zum Erzeugen der verhältnismäßig hohen Spannung. Zwischen die Ausgangsanschlüsse der ersten Hochspannungsgeneratorschal tung 101 ist der erste Kondensator 105 geschaltet, der mit der Ausgangsspannung der Generatorschaltung geladen wird. Zwischen die Ausgangsanschlüsse der zweiten Hochspannungsge neratorschaltung 102 ist der zweite Kondensator 106 geschal tet, der mit der Ausgangsspannung dieser Generatorschaltung geladen wird. Ferner enthält die Treiberschaltung 100 die Ladedrossel 112 a und die Entladedrossel 112 b. Die Drosseln 112 a und 112 b sind an jeweils einem Anschluß mit dem piezo elektrischen Element 67 verbunden. Zwischen den anderen Anschluß der Ladedrossel 112 a und den ersten Kondensator 105 ist der erste Thyristor 113 geschaltet, während zwischen den anderen Anschluß der Ladedrossel 112 a und den zweiten Kon densator 106 der zweite Thyristor 114 geschaltet ist. Der andere Anschluß der Entladedrossel 112 b ist über einen dritten Thyristor 140 mit einer Entladezeitkonstanten- Steuerschaltung 141 verbunden. Diese Entladezeitkonstanten- Steuerschaltung 141 enthält eine Parallelschaltung aus einer Drossel 142 und einer Zenerdiode 143, zu der eine Rückstrom sperrdiode 144 in Reihe geschaltet ist.

Die Ausgabeeinheit 206 der elektronischen Steuereinheit 200 ist jeweils über die entsprechende Thyristortreiberschaltung 211 mit den Steueranschlüssen der Thyristoren 113, 114 und 140 verbunden, welche auf diese Weise durch Thyristorsteuer signale aus der betreffenden Thyristortreiberschaltung 211 geschaltet werden. In der elektronischen Steuereinheit 200 wird aus den Ausgangssignalen des OT-Sensors 207 und des Kurbelwellenwinkelsensors 208 der momentane Kurbelwellenwin kel der Maschine ermittelt. Aus dem Ausgangssignal des Lastsensors 209 wird die Brennstoffeinspritzzeit berechnet. Entsprechend diesen Rechenergebnissen werden an die Ausgabe einheit 206 Daten abgegeben, die den Zeitpunkt für das Beginnen der Brennstoffeinspritzung und den Zeitpunkt für das Beenden der Brennstoffeinspritzung angeben. Gemäß diesen Daten werden die Thyristoren 113, 114 und 140 gesteuert.

Im folgenden wird anhand des Zeitdiagramms in Fig. 17 der Ablauf der Steuerung der Einspritzeinheit erläutert.

Wenn gemäß Fig. 17 der erste Thyristor 113 zum Einleiten der Brennstoffeinspritzung eingeschaltet wird, wird dem piezo elektrischen Element 67 über die Ladedrossel 112 a die Ladung aus dem ersten Kondensator 105 zugeführt. Wenn das piezo elektrische Element 67 geladen wird, dehnt es sich in axia ler linearer Richtung aus, wodurch der Kolben 63 abgesenkt wird, so daß der Brennstoffdruck in der Volumenänderungskam mer 68 und der Druckregelkammer 55 schnell ansteigt. Sobald der Brennstoffdruck in der Druckregelkammer 55 ansteigt, wird die Stange 50 nach links gemäß Fig. 3 und 4 bewegt, so daß zugleich damit das Überströmventil 31 nach links bewegt wird und mit seinem Ende gegen den Ventilaufnahmeabschnitt 40 stößt, wodurch das Überströmventil 31 schließt. Dabei wird dem piezoelektrischen Element 67 eine Ladungsmenge zugeführt, bei der das Überströmventil 31 verhältnismäßig schwach an den Ventilaufnahmeabschnitt 40 angepreßt wird. Daher trifft das Überströmventil 31 mit verhältnismäßig geringer Geschwindigkeit auf den Ventilaufnahmeabschnitt 40 auf, so daß ein Zurückprallen des Überströmventils 31 nach dem Anschlag an den Ventilaufnahmeabschnitt 40 und damit ein erneutes Öffnen verhindert ist. Wenn dann der zweite Thyri stor 114 eingeschaltet wird, wird über die Ladedrossel 112 a die Ladung aus dem zweiten Kondensator 106 dem piezoelektri schen Element 67 zugeführt, wodurch sich dieses weiter ausdehnt. Infolgedessen wird das Überströmventil 31 stark an den Ventilaufnahmeabschnitt 40 angepreßt, so daß es fest geschlossen gehalten wird. Sobald das Überströmventil 31 schließt, steigt durch die Abwärtsbewegung des Druckkolbens der Brennstoffdruck in der Druckkammer 15 schnell an; wenn der Brennstoffdruck in der Druckkammer 15 einen vorbestimm ten Druck übersteigt, gibt die Nadel 7 die Düsenöffnung 3 frei, so daß aus dieser Brennstoff abgespritzt wird.

Wenn als nächstes gemäß Fig. 17 der dritte Thyristor 140 eingeschaltet wird, wird die Ladung an dem piezoelektrischen Element 67 über die Entladedrossel 112 b abgeführt. Dabei ist die Zenerdiode 143 durchgeschaltet, wenn die Gegenspannung höher als die Zenerspannung ist, bzw. gesperrt, wenn die Gegenspannung niedriger als die Zenerspannung ist. Daher wird bei dem Einschalten des dritten Thyristors 140 die Ladung von dem piezoelektrischen Element 67 schnell über die Zenerdiode 143 mit einer durch die Entladedrossel 112 a bestimmten Entladezeitkonstante abgeführt, bis die Anschluß spannung V des piezoelektrischen Elements 67 gleich der Zenerspannung Vo wird (Fig. 17). Sobald Ladung von dem piezoelektrischen Element 67 abgeleitet wird, zieht es sich zusammen. Infolgedessen wird der Kolben 63 durch die Feder kraft der Druckfeder 71 angehoben, so daß der Brennstoff druck in der Volumenänderungskammer 68 und der Druckregel kammer 55 absinkt. Durch das Absinken des Brennstoffdrucks in der Druckregelkammer 55 werden die Stange 50 und das Überströmventil 31 durch die Federkraft der Druckfeder 46 unverzüglich nach rechts gemäß Fig. 3 und 4 bewegt, so daß das Überströmventil 31 von dem Ventilaufnahmeabschnitt 40 abgerückt wird und sofort ein wenig öffnet. Bei dem leichten Öffnen des Überströmventils 31 wird der Hochdruckbrennstoff in der Druckkammer 15 über den Überströmkanal 48 und die Einführkammer 42 in die zweite Überströmkammer 44 gepreßt, wobei der Brennstoffdruck P in der Druckkammer 15 schnell absinkt. Dadurch wird die Nadel 7 nach unten bewegt und die Einspritzung beendet. Da zu diesem Zeitpunkt das Überström ventil 31 nur leicht öffnet, fällt zu Beginn des Öffnens des Überströmventils 31 der Brennstoffdruck P in der Druckkammer 15 schnell ab, aber danach mit niedriger werdendem Brenn stoffdruck P in geringerem Ausmaß; sobald die Anschlußspan nung V des piezoelektrischen Elements 67 die Zenerspannung Vo erreicht, verbleibt in der Druckkammer 15 ein verhältnis mäßig hoher Druck.

Wenn die Anschlußspannung V des piezoelektrischen Elements 67 auf die Zenerspannung Vo verringert ist, sperrt die Zenerdiode 143, so daß die Ladung aus dem piezoelektrischen Element 67 über die Drossel 142 mit einer zweiten Entlade zeitkonstante abgeführt wird, die durch die Entladedrossel 112 b und die Drossel 142 bestimmt ist. Diese zweite Entlade zeitkonstante ist größer als die nur durch die Entladedros sel 112 b bestimmte erste Entladezeitkonstante, so daß daher die Anschlußspannung V des piezoelektrischen Elements 67 verhältnismäßig langsam abnimmt. Infolgedessen wird der Öffnungsgrad des Überströmventils 31 langsam größer und daher der Brennstoffdruck P in der Druckkammer 15 langsam gesenkt.

Auf diese Weise wird bei diesem Ausführungsbeispiel dann, wenn das Überströmventil 31 zum Beenden der Brennstoffein spritzung öffnet, der Brennstoffdruck P in der Druckkammer 15 zuerst schnell gesenkt, wonach er dann aber nach dem Erreichen eines Solldrucks allmählich abfällt. D.h., der Brennstoffdruck P in der Druckkammer 15 fällt schnell ab und wird dann vorübergehend auf einem verhältnismäßig hohen Druck gehalten, so daß auch in der Nadeldruckkammer 18 und dem Ringkanal 19 der verhältnismäßig hohe Druck aufrecht erhalten wird. Dadurch wird verhindert, daß Gas aus der Verbrennungskammer über die Düsenöffnung in den Ringkanal 19 strömt und daß in dem Ringkanal 19 kleine Luftbläschen entstehen.

In der vorstehenden Beschreibung wurde die Anwendung der Steuerschaltung an einer Einspritzeinheit erläutert, jedoch kann die Steuerschaltung gleichermaßen für eine Verteiler- Einspritzpumpe eingesetzt werden.

Gemäß der vorstehenden Beschreibung wird dann, wenn das Überströmventil öffnet, der Brennstoffdruck in der Druckkam mer nur bis zu einem bestimmten Solldruck gesenkt, so daß das Eindringen von Verbrennungsgas in den Brennstoffdurchlaß um die Nadel herum verhindert ist. Ferner ist dadurch das Entstehen von kleinen Luftbläschen in dem Brennstoffdurchlaß um die Nadel herum verhindert.

In einer Brennstoffeinspritzvorrichtung, die einen von der Maschine angetriebenen Druckkolben, eine mit Brennstoff gefüllte und durch den Druckkolben mit Druck beaufschlagte Druckkammer, eine entsprechend dem Brennstoffdruck in der Druckkammer betätigte Nadel, die eine Düsenöffnung freigibt, wenn der Brennstoffdruck einen vorbestimmten Druck über steigt, einen Überströmkanal zum Ablassen des Brennstoffs aus der Druckkammer und ein mittels eines piezoelektrischen Elements verstellbares und in dem Überströmkanal angeordne tes Überströmventil aufweist, welches bei der Ladungszufuhr zu dem piezoelektrischen Element in Schließrichtung für das Beginnen der Brennstoffeinspritzung bzw. bei dem Entladen des piezoelektrischen Elements in Öffnungsrichtung zum Beenden der Brennstoffeinspritzung verstellt wird, wird während des Abführens der Ladung des piezoelektrischen Elements die elektrische Ladung nur in der für das Beenden der Brennstoffeinspritzung erforderlichen Menge abgeführt.

Claims

1. Steuerschaltung für eine Brennstoffeinspritzvorrichtung, die einen von der Maschine angetriebenen Druckkolben, eine mit dem Brennstoff gefüllte und durch den Druckkolben mit Druck beaufschlagte Druckkammer, eine entsprechend dem Brennstoffdruck in der Druckkammer betätigte Nadel, die die Düsenöffnung öffnet, wenn der Brennstoffdruck einen vorbe stimmten Druck übersteigt, einen Überströmkanal für das Abströmen des Brennstoffs aus der Druckkammer und ein von einem piezoelektrischen Element angetriebenes und in dem Überströmkanal angeordnetes Überströmventil aufweist, wobei das Überströmventil in Schließrichtung angetrieben und das Einspritzen begonnen wird, wenn dem piezoelektrischen Ele ment Ladung zugeführt wird, und das Überströmventil in Öffnungsrichtung angetrieben und das Einspritzen beendet wird, wenn die Ladung von dem piezoelektrischen Element abgeführt wird, gekennzeichnet durch eine Entladeschaltung, die während des Abführens der Ladung von dem piezoelektri schen Element (67) die elektrische Ladung nur in einer für das Beenden des Einspritzens erforderlichen Teilmenge ab führt.

2. Steuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei dem Abführen der Ladung von dem piezoelektrischen Element (67) dessen Anschlußspannung (V) auf eine vorbe stimmte Sollspannung (V 1, V 2) abgesenkt wird, wodurch nur der für das Beenden des Einspritzens erforderliche Teil der Ladung von dem piezoelektrischen Element abgeführt wird.

3. Steuerschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Entladeschaltung eine Spannungskonstanthalteschal tung (107, 109; 108; 120) enthält, die nach dem Beginn des Abführens der Ladung von dem piezoelektrischen Element (67) dessen Anschlußspannung (V) auf der Sollspannung (V 1, V 2) hält.

4. Steuerschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungskonstanthalteschaltung einen Kondensator (108) enthält, der mit der von dem piezoelektrischen Element (67) abgeführten Ladung geladen wird, wobei die Sollspannung (V 2) durch die Kapazität des Kondensators bestimmt ist.

5. Steuerschaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Kondensator (108) abgeführte Ladung zum Zuführen der Ladung zu dem piezoelektrischen Element (67) genutzt wird.

6. Steuerschaltung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine Hochspannungsgeneratorschaltung (104) zum Laden des Kondensators (108), deren Ladefunktion an dem Kondensator nach dem Zuführen der in den Kondensator abgeführten Ladung zu dem piezoelektrischen Element (67) bis zum Abführen der Ladung von dem piezoelektrischen Element in den Kondensator unterbrochen wird.

7. Steuerschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungskonstanthalteschaltung eine Parallelschal tung aus einem Kondensator (107) und einem Konstantspan nungselement (109) aufweist, dessen Konstantspannung die Sollspannung (V 1) bestimmt.

8. Steuerschaltung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungskonstanthalteschaltung (107, 109) an eine Hochspannungsgeneratorschaltung (103) zum ständigen Laden des Kondensators (107) angeschlossen ist.

9. Steuerschaltung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekenn zeichnet, daß das Konstantspannungselement (109) eine Zener diode ist.

10. Steuerschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungskonstanthalteschaltung ein Schaltelement (120) aufweist, das das Abführen der Ladung von dem piezo elektrischen Element (67) steuert, wobei die Sollspannung durch die Einschaltzeit (tG) des Schaltelements bestimmt ist.

11. Steuerschaltung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeich net, daß zu dem Schaltelement (120) eine Drosselspule (112 b) in Reihe geschaltet ist.

12. Steuerschaltung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch ge kennzeichnet, daß die Einschaltzeit (tG) des Schaltelements (120) mit ansteigender Maschinendrehzahl länger wird.

13. Steuerschaltung nach einem der Ansprüche 3 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Entladeschaltung ein Schalt element (119) zum Abführen der dem piezoelektrischen Element (67) zugeführten Ladung enthält, die nach dem vorübergehen den Festhalten der Anschlußspannung (V) des piezoelektri schen Elements auf der Sollspannung (V 1, V 2) zurückgeblieben ist.

14. Steuerschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Entladeschaltung eine Entladezeitkonstanten-Ände rungsschaltung (142, 143) enthält, die die Anschlußspannung des piezoelektrischen Elements (67) im Vergleich zu dem Absenken der Anschlußspannung auf die Sollspannung langsam verringert, nachdem die Anschlußspannung auf die Sollspan nung abgesenkt ist.

15. Steuerschaltung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeich net, daß die Entladezeitkonstanten-Änderungsschaltung eine Parallelschaltung aus einer Drosselspule (142) und einem Konstantspannungselement (143) aufweist, dessen Konstant spannung die Sollspannung bestimmt, wobei die Entladezeit konstante durch die Drosselspule geändert wird.

16. Steuerschaltung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeich net, daß das Konstantspannungselement (143) eine Zenerdiode ist.

17. Steuerschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, gekennzeichnet durch eine Ladeschaltung (101, 102, 105, 106, 113, 114) für ein zweistufiges Laden bei dem Zuführen von Ladung zu dem piezoelektrischen Element (67).

18. Steuerschaltung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeich net, daß die Ladeschaltung eine erste Ladeschaltung (101, 105, 113) für eine erste Ladestufe und eine zweite Lade schaltung (102, 106, 114) für eine zweite Ladestufe aufweist und daß die erste und die zweite Ladeschaltung jeweils einen Kondensator (105, 106) und eine Hochspannungsgeneratorschal tung (101, 102) zum Laden des Kondensators enthalten.

19. Steuerschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoffeinspritzung aus einer Voreinspritzung und einer Haupteinspritzung besteht und daß die Entladeschaltung zum Beenden der Voreinspritzung von dem piezoelektrischen Element nur den für das Beenden der Voreinspritzung erforderlichen Teil der Ladung abführt und zum Beenden der Haupteinspritzung von dem piezoelektri schen Element nur den für das Beenden der Haupteinspritzung erforderlichen Teil der Ladung abführt.

20. Steuerschaltung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeich net, daß bei dem Beenden der Voreinspritzung die Anschluß spannung (V) des piezoelektrischen Elements (67) auf eine im voraus festgelegte erste Sollspannung (V 1) abgesenkt wird, wodurch von dem piezoelektrischen Element die Ladung nur zu dem für das Beenden der Voreinspritzung erforderlichen Teil abgeführt wird, und daß bei dem Beenden der Haupteinsprit zung die Anschlußspannung des piezoelektrischen Elements auf eine im voraus festgelegte zweite Sollspannung (V 2) abge senkt wird, wodurch von dem piezoelektrischen Element die Ladung nur zu dem für das Beenden der Haupteinspritzung erforderlichen Teil abgeführt wird.

21. Steuerschaltung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeich net, daß die erste und die zweite Sollspannung (V 1, V 2) im wesentlichen gleich sind.

22. Steuerschaltung nach einem der Ansprüche 19 bis 21, gekennzeichnet durch eine Ladeschaltung, die bei dem Zufüh ren von Ladung zu dem piezoelektrischen Element (67) für die Voreinspritzung ein zweistufiges Laden und bei dem Zuführen von Ladung zu dem piezoelektrischen Element für die Haupt einspritzung ein einstufiges Laden ausführt.