DE102006017570A1

DE102006017570A1 - Kraftstoffeinspritzvorrichtung für einen Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE102006017570A1
Application number: DE102006017570A
Authority: DE
Inventors: Akira Kariya Fujii; Osamu Nishio Hishinuma; Fumiaki Nishio Arikawa; Izumi Toyota Takahashi; Akira Toyota Kiyama
Original assignee: Denso Corp; Nippon Soken Inc; Toyota Motor Corp
Current assignee: Denso Corp; Toyota Motor Corp; Soken Inc
Priority date: 2005-04-15
Filing date: 2006-04-13
Publication date: 2006-11-09
Also published as: JP2006316779A; JP4372722B2; US20060231311A1

Abstract

Eine Kraftstoffeinspritzungsvorrichtung, bei der, wenn die kombinierte Eigenresonanzperiode eines Piezostapels und eines Treibbauglieds, die einen Teil eines Piezoeinspritzers einer Kraftstoffeinspritzungsvorrichtung bilden, mit T bezeichnet ist und die Spannungsanstiegszeit, die von dem Moment, zu dem das Laden zu dem Piezostapel eingeleitet wird, bis der Piezostapel auf eine Zielladungsspannung aufgeladen ist, durch t bezeichnet ist, dann, um zu verhindern, dass oszillierende Lasten an den Piezostapel nach dem Verstreichen der Spannungsanstiegszeit t, wenn t 0,5 T +- 0,1 T ist, angelegt werden, eine Spannungsanstiegszeit t, die die Beziehung 0,6 T t erfüllt, in einer Steuerung für den Piezoeinspritzer eingestellt wird und daher die Spannungsanstiegssteigung des Piezostapels unmittelbar vor dem Erreichen des Endes der Spannungsanstiegszeit t sanfter gemacht ist, um die Ausdehnungs- und die Zusammenziehungs-Kraft, die in dem Piezostapel auftreten, zu unterdrücken und um dadurch die Langzeitzuverlässigkeit des Piezostapels zu steigern.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
Diese Anmeldung nimmt die Priorität aus den japanischen Patentanmeldungen Nr. 2005-118599, eingereicht am 15. April 2005, und Nr. 2005-166048, eingereicht am 6. Juni 2005 in Anspruch, und nimmt die gesamte Offenbarung derselben durch Bezugnahme auf.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Kraftstoffeinspritzungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor bzw. einen Motor mit innerer Verbrennung, der mit einem Piezo-Einspritzer bzw. mit einer Piezo-Einspritzungsdüse ausgerüstet ist, die eine Kraftstoffeinspritzung durch eine Ausdehnung erzeugt, die ein Piezostapel, der einen Stapel von Piezoelementen aufweist, steuert, und insbesondere auf eine Kraftstoffeinspritzungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor, bei der ein Verfahren zum Steigern der Zuverlässigkeit des Piezostapels angewendet wird. Auf den Verbrennungsmotor wird im Folgenden einfach als der Motor Bezug genommen.
2. Beschreibung der verwandten Technik
Ein Piezostapel, der durch Stapeln von Piezoelementen aufgebaut ist, erzeugt eine Ausdehnung durch Ausdehnen in der Stapelrichtung, wenn jedes Piezoelement durch Anlegen einer Spannung an entgegengesetzten Enden desselben elektrisch geladen wird. Ein Piezoeinspritzer, der Kraftstoff in den Motor einspritzt, verwendet die Eigenschaft, dass der Piezostapel eine Ausdehnung erzeugt, wenn derselbe elektrisch geladen wird, und steuert die Kraftstoffeinspritzung durch direktes Treiben einer Nadel unter Verwendung des Piezostapels oder durch Betreiben der Nadel durch Öffnen und Schließen eines Ventils (Drei-Wege-Ventil, Zwei-Wege-Ventil etc.) unter Verwendung des Piezostapels und dadurch Steuern des Rückdrucks bzw. Gegendrucks an der Nadel.

In der bekannten Technik wurden Piezostapel-Ladeverfahren lediglich entworfen, um die Einspritzung zu starten, wenn der Zieleinspritzungszeitpunkt erreicht wurde, und die Spannungsanstiegszeit t, die von dem Moment, zu dem das Laden zu dem Piezostapel eingeleitet wird, bis der Piezostapel auf die Zielladungsspannung aufgeladen ist, erforderlich ist bzw. dauert, wurde nicht berücksichtigt. Solche Verfahren sind beispielsweise in den japanischen nicht geprüften Patentveröffentlichungen Nr. 2003-88145 und 2003-92438 offenbart.

Bei dem Fall des Piezoeinspritzers mit einer Struktur, bei der ein Treibbauglied gegen den Piezostapel gedrückt wird, treten als ein Resultat eine Zusammenziehung und eine Ausdehnung in dem Piezostapel bei jeder kombinierten Resonanzperiode bzw. Resonanzzeitdauer T des Piezostapels und des Treibbauglieds auf; da hier die Ausdehnungs- und die Zusammenziehungs-Kraft an den Piezostapel direkt angelegt sind, gibt es eine Möglichkeit, dass der Piezostapel schließlich beschädigt wird.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Kraftstoffeinspritzungsvorrichtung für einen Motor zu schaffen, bei der Vorkehrungen getroffen sind, um eine physische Beschädigung an einem Piezostapel bei einem Piezoeinspritzer zu verhindern, wodurch die Langzeit-Zuverlässigkeit des Piezostapels erhöht ist.

Die vorliegende Erfindung, die die vorhergehende Aufgabe löst, wird bei einer Kraftstoffeinspritzungsvorrichtung für einen Motor angewendet, die einen Piezoeinspritzer, der einen Piezostapel, der, wenn derselbe elektrisch geladen wird, eine Aus dehnung in einer Richtung erzeugt, in der die Piezoelemente gestapelt sind, und ein Treibbauglied, das in die Stapelrichtung bewegbar ist, indem dasselbe durch die Ausdehnung des Piezostapels direkt getrieben wird, aufweist, wobei der Piezoeinspritzer eine Kraftstoffeinspritzung durchführt, indem verursacht wird, dass sich das Treibbauglied in der Stapelrichtung mit der Ausdehnung des Piezostapels bewegt, und eine Steuerung zum Steuern des Ladens und Entladens des Piezostapels aufweist. Die Erfindung ist im Folgenden für die ersten bis sechsten Modi bzw. Betriebsarten beschrieben.

Bei der Kraftstoffeinspritzungsvorrichtung gemäß dem ersten Modus der vorliegenden Erfindung führt die Steuerung zum Steuern des Ladens und Entladens des Piezostapels eine erste Spannungsanstiegssteuerung durch, die die Beziehung 0.6T ≤ t erfüllt, wobei t eine Spannungsanstiegszeit ist, die von dem Moment, zu dem das Laden zu dem Piezostapel eingeleitet wird, bis der Piezostapel auf eine Zielladungsspannung aufgeladen ist, dauert, und T eine kombinierte Resonanzperiode des Piezostapels und des Treibbauglieds ist.

Bei diesem Modus überlappt der Zeitpunkt, zu dem das Spannungsladen endet, nicht mit dem Zeitpunkt, bei dem die nach rechts ansteigende Steigung der Last, die mit der kombinierten Resonanzperiode T variiert, am größten wird, da der Endzeitpunkt der Spannungsanstiegszeit t 0,6T oder später ist. Da der Endzeitpunkt der Spannungsanstiegszeit t 0,6T oder später ist, ist ferner die Spannungsanstiegsneigung bzw. Spannungsanstiegssteigung weniger steil. Als ein Resultat kann eine hohe Last (eine Spitze aufgrund eines Überschwingens), die auftritt, nachdem die Ladungsspannung die Zielladungsspannung erreicht hat, unterdrückt werden, und gleichzeitig können eine maximale Ausdehnung und eine maximale Zusammenziehung (im Folgenden Spitzen und Senken), die wiederholt auftreten, ebenfalls unterdrückt werden.

Da die Ausdehnungs- und die Zusammenziehungs-Kraft, die in dem Piezostapel auftreten, wie im Vorhergehenden beschrieben ist, unterdrückt werden können, ist die Langzeitzuverlässigkeit des Piezostapels verbessert, was dazu dient, die Haltbarkeit des Piezoeinspritzers zu vergrößern und die Zuverlässigkeit der Kraftstoffeinspritzungsvorrichtung zu steigern.

Bei der Kraftstoffeinspritzungsvorrichtung gemäß dem zweiten Modus der vorliegenden Erfindung führt, wenn eine Spannungsanstiegszeit, die von dem Moment, zu dem das Laden zu dem Piezostapel eingeleitet wird, bis der Piezostapel auf eine Zielladungsspannung geladen ist, dauert, mit t bezeichnet ist, und eine kombinierte Resonanzperiode des Piezostapels und des Treibbauglieds durch T bezeichnet ist, dann, wenn 0,25T ≤ t < 0,6T, die Steuerung zum Steuern des Ladens und Entladens des Piezostapels eine zweite Spannungsanstiegssteuerung durch, bei der die Durchschnitts-Spannungsanstiegsgeschwindigkeit während einer Periode von 0,5t bis 1t langsamer gemacht wird als eine Durchschnitts-Spannungsanstiegsgeschwindigkeit während einer Zeitdauer von der Einleitung des Ladens zu dem Piezostapel bis 0,5t.

Selbst wenn der Endzeitpunkt der Spannungsanstiegszeit t 0,5T±0,1T ist, oder wenn derselbe innerhalb von 0,4T liegt, wird bei diesem Modus die Spannungsanstiegssteigung an dem Ende der Spannungsanstiegszeit t sanft. Als ein Resultat kann die hohe Last (eine Spitze aufgrund des Überschwingens), die auftritt, nachdem die Ladungsspannung die Zielladungsspannung erreicht hat, unterdrückt werden, und gleichzeitig können Spitzen und Senken, die danach wiederholt auftreten, ebenfalls unterdrückt werden. Da die Ausdehnungs- und die Zusammenziehungs-Kraft, die bei dem Piezostapel auftreten, unterdrückt werden können, wie im Vorhergehenden beschrieben ist, ist die Langzeit-Zuverlässigkeit des Piezostapels verbessert, was dazu dient, die Haltbarkeit des Piezoeinspritzers zu vergrößern und die Zuverlässigkeit der Kraftstoffeinspritzungsvorrichtung zu steigern.

Bei der Kraftstoffeinspritzungsvorrichtung gemäß dem dritten Modus der vorliegenden Erfindung führt die Steuerung zum Steuern des Ladens und Entladens des Piezostapels eine dritte Spannungsanstiegs-Steuerung durch, bei der die Spannungsanstiegsgeschwindigkeit während einer Periode innerhalb von ±0,1T einer Lastvariationsspitze, die in dem Piezostapel innerhalb der Spannungsanstiegszeit t von der Einleitung des Ladens zu dem Piezostapel bis der Piezostapel auf die Zielladungsspannung geladen ist auftritt, langsamer gemacht wird als die Spannungsanstiegsgeschwindigkeit während der anderen Perioden, und/oder die Spannungsanstiegsgeschwindigkeit während einer Periode innerhalb von ±0,1T einer Lastvariationsminimumspitze (-senke), die in dem Piezostapel auftritt, schneller als die Spannungsanstiegsgeschwindigkeit während der anderen Perioden gemacht wird, wenn eine Spannungsanstiegszeit, die von dem Moment, zu dem das Laden zu dem Piezostapel eingeleitet wird, bis der Piezostapel auf eine Zielladungsspannung geladen ist, dauert, durch t bezeichnet ist, und eine kombinierte Resonanzperiode des Piezostapels und des Treibbauglieds durch T bezeichnet ist.

Das heißt, bei der dritten Spannungsanstiegssteuerung wird die Spannungsanstiegsgeschwindigkeit vor und nach einer Spitze langsamer gemacht, und/oder die Spannungsanstiegsgeschwindigkeit vor und nach einer Senke wird schneller gemacht. Mit dieser Steuerung können die Spitzenlast, die in dem Augenblick auftritt, zu dem sich das Treibbauglied beginnt zu bewegen, und die Senken- und Spitzen-Lasten, die danach auftreten, unterdrückt werden. Als ein Resultat ist die Langzeitzuverlässigkeit des Piezostapels verbessert, was dazu dient, die Haltbarkeit des Piezoeinspritzers zu vergrößern und die Zuverlässigkeit der Kraftstoffeinspritzungsvorrichtung zu steigern.

Bei der Kraftstoffeinspritzungsvorrichtung gemäß dem vierten Modus der vorliegenden Erfindung führt die Steuerung zum Steuern des Ladens und Entladens des Piezostapels eine vierte Spannungsanstiegs-Steuerung durch, bei der eine Spannung, die während der Spannungsanstiegszeit t von der Einleitung des Ladens zu dem Piezostapel bis der Piezostapel auf die Zielladungsspannung geladen ist angelegt ist, für eine Periode innerhalb von ±0,1T einer Lastvariationsspitze, die in dem Piezostapel auftritt, reduziert wird, wenn eine Spannungsanstiegszeit, die von dem Moment, zu dem das Laden zu dem Piezostapel eingeleitet wird; bis der Piezostapel auf eine Zielladungsspannung aufgeladen ist, dauert, durch t bezeichnet ist, und eine kombinierte Resonanzperiode des Piezostapels und des Treibbauglieds durch T bezeichnet ist.

Das heißt, bei der vierten Spannungsanstiegssteuerung wird die Spannungsanstiegssteigung vor und nach einer Spitze negativ gemacht. Mit dieser Steuerung können die Spitzenlast, die in dem Augenblick auftritt, in dem sich das Treibbauglied beginnt zu bewegen, und die Senken- und Spitzenlasten, die danach auftreten, unterdrückt werden. Als ein Resultat ist die Langzeitzuverlässigkeit des Piezostapels verbessert, was dazu dient, die Haltbarkeit des Piezoeinspritzers zu vergrößern und die Zuverlässigkeit der Kraftstoffeinspritzungsvorrichtung zu steigern.

Bei der Kraftstoffeinspritzungsvorrichtung gemäß dem fünften Modus der vorliegenden Erfindung führt, wenn es eine Restresonanz gibt, die in dem Piezostapel und dem Treibbauglied aufgrund einer vorhergehenden Einspritzung auftritt, die Steuerung zum Steuern des Ladens und Entladens des Piezostapels eine fünfte Spannungssteuerung durch, bei der eine Spannung hinsichtlich der Phase entgegengesetzt zu einer Lastvariation, die aufgrund der Restresonanz auftritt, an den Piezostapel innerhalb der Spannungsanstiegszeit t von der Einleitung des Ladens zu dem Piezostapel bis der Piezostapel auf die Zielladungsspannung geladen ist, angelegt ist, wenn eine Spannungsanstiegszeit, die von dem Moment, zu dem das Laden zu dem Piezostapel eingeleitet wird, bis der Piezostapel auf eine Zielladungsspannung geladen ist, dauert, durch t bezeichnet ist, und eine kombinierte Resonanzperiode des Piezostapels und des Treibbauglieds durch T bezeichnet ist.

Gemäß dem fünften Modus wird die Spannungsanstiegssteigung durch Anlegen einer Spannung einer entgegengesetzten Phase negativ gemacht, wenn die Last, die der Restresonanz zugeordnet ist, sich innerhalb der Spannungsanstiegszeit t vergrößert; daher wird die Lastvergrößerungsgeschwindigkeit verlangsamt, und das Auftreten einer hohen Last kann unterdrückt werden. Als ein Resultat verbessert sich die Langzeitzuverlässigkeit des Piezostapels, was dazu dient, die Haltbarkeit des Piezoeinspritzers zu vergrößern und die Zuverlässigkeit der Kraftstoffeinspritzungsvorrichtung zu steigern.

Gemäß dem fünften Modus wird die Spannungsanstiegssteigung negativ gemacht und die Lastvergrößerungsgeschwindigkeit wird daher verlangsamt, wenn sich die Last, die der Restresonanz zugeordnet ist, innerhalb der Spannungsanstiegszeit vergrößert; dies dient dazu, das Problem zu vermeiden, dass der Einspritzungszeitpunkt früher auftritt. Wenn sich umgekehrt die Last, die der Restresonanz zugeordnet ist, innerhalb der Spannungsanstiegszeit t verringert, wird die Spannungsanstiegssteigung steiler gemacht, wodurch eine Situation vermieden wird, bei der eine Ausdehnung des Piezostapels beschränkt ist; dies dient dazu, das Problem zu vermeiden, dass der Einspritzungszeitpunkt verzögert ist.

Bei der Kraftstoffeinspritzungsvorrichtung gemäß dem sechsten Modus der vorliegenden Erfindung führt die Steuerung zum Steuern des Ladens und Entladens des Piezostapels bei dem fünften Modus eine sechste Spannungsanstiegssteuerung durch, bei der eine Spannung hinsichtlich der Phase entgegengesetzt zu der Lastvariation, die aufgrund der Restresonanz auftritt, an den Piezostapel angelegt ist, selbst nachdem die Spannungsanstiegszeit t verstrichen ist. Mit dieser Steuerung kann das Auftreten der Senken- und Spitzenlasten, nachdem die Spannungsanstiegszeit t verstrichen ist, unterdrückt werden, und die Langzeitzuverlässigkeit des Piezostapels kann gesteigert sein.

Die vorliegende Erfindung, die die im Vorhergehenden beschriebene Aufgabe löst, kann ferner bei einer Kraftstoffeinspritzungsvorrichtung für einen Motor angewendet sein, der mit einem Piezoeinspritzer ausgerüstet ist, wobei der Piezoeinspritzer einen Piezostapel, der, wenn derselbe elektrisch geladen wird, eine Ausdehnung in einer Richtung erzeugt, in der Piezoelemente gestapelt sind, und ein Treibbauglied aufweist, das in der Stapelrichtung bewegbar ist, indem dasselbe direkt mit der Ausdehnung des Piezostapels getrieben wird, und der Piezoeinspritzer eine Kraftstoffeinspritzung durchführt, indem verursacht wird, dass sich das Treibbauglied in der Stapelrichtung mit der Ausdehnung des Piezostapels bewegt. Diese Erfindung ist im Folgenden bei den siebten bis achtzehnten Modi beschrieben.

Bei dem siebten Modus der vorliegenden Erfindung ist eine Reibungskoeffizient-Reduzierungseinrichtung zum Reduzierung eines Reibungskoeffizienten bzw. einer Reibungszahl in einem Abschnitt vorgesehen, in dem das Treibbauglied ein verschieb bares Haltebauglied berührt, das das Treibbauglied verschiebbar hält. Mit dieser Anordnung wird es möglich, die Spitzenlast zu unterdrücken, die in dem Augenblick auftritt, in dem das Treibbauglied beginnt, sich zu bewegen, nachdem der Piezostapel begonnen hat, sich auszudehnen. Durch ein auf diese Weise Unterdrücken der Spitzenlast, die an den Piezostapel angelegt ist, ist die Langzeitzuverlässigkeit des Piezostapels verbessert, was dazu dient, die Haltbarkeit des Piezoeinspritzers zu vergrößern und die Zuverlässigkeit der Kraftstoffeinspritzungsvorrichtung zu steigern.

Bei dem achten Modus der vorliegenden Erfindung ist zwischen dem Piezostapel und einem festen Bauglied, das die Ausdehnung des Piezostapels bei einem Ende, das zu dem Treibbauglied entgegengesetzt ist, aufnimmt, ein Abschnitt mit einer niedrigen Steifigkeit bzw. einer niedrigen dynamischen Elastizität vorgesehen, dessen Steifigkeit niedriger als die Steifigkeit des festen Bauglieds ist. Mit dieser Anordnung wird die Last, die auf der Seite des festen Bauglieds des Piezostapels auftritt, erleichtert, indem dieselbe durch die Deformation des Abschnitts mit niedriger Steifigkeit bzw. des Niedersteifigkeitsabschnitts absorbiert wird. Dies dient dazu, zu verhindern, dass eine Beschädigung an den Piezoelementen auf der Seite des festen Bauglieds des Piezostapels verursacht wird, und dazu, die Langzeitzuverlässigkeit des Piezostapels zu steigern. Als ein Resultat vergrößert sich die Haltbarkeit des Piezoeinspritzers, was die Zuverlässigkeit der Kraftstoffeinspritzungsvorrichtung steigert.

Bei dem neunten Modus der vorliegenden Erfindung ist das feste Bauglied bei dem achten Modus aus rostfreiem Stahl gebildet, und der Niedersteifigkeitsabschnitt ist aus einem Niedersteifigkeitsbauglied mit einem Elastizitätsmodul von 10 GPa oder weniger gebildet. Mit dieser Anordnung wird die Last, die auf der Seite des festen Bauglieds des Piezostapels auftritt, erleichtert bzw. entlastet, indem dieselbe durch die Deformation des Niedersteifigkeitsbauglieds absorbiert wird.

Bei dem zehnten Modus der vorliegenden Erfindung ist der Niedersteifigkeitsabschnitt bei dem neunten Modus an einer Fläche vorgesehen, bei der das feste Bauglied die Ausdehnung des Piezostapels aufnimmt, und ist als eine aufgerauhten Oberfläche mit einer Oberflächenrauhigkeit von 1,6Z oder größer und einem Elastizitätsmodul von 10GPa oder weniger gebildet. Mit dieser Anordnung wird die Last, die auf der Seite des festen Bauglieds des Piezostapels auftritt, erleichtert, indem dieselbe durch die Deformation der aufgerauhten Oberfläche absorbiert wird.

Bei dem elften Modus der vorliegenden Erfindung weist von den Piezoelementen, die den Piezostapel bilden, das Piezoelement, das bei dem Ende, das zu dem Treibbauglied entgegengesetzt ist (d. h. das Ende, das dem festen Bauglied gegenüberliegt), positioniert ist, eine Struktur auf, die eine innere Spannung bzw. Eigenspannung im Vergleich zu dem Piezoelement reduziert, das bei dem Ende, das näher zu dem Treibbauglied ist, positioniert ist. Da wie bei den Piezoelementen, die den Piezostapel bilden, die Spannung, die auf das Piezoelement, das bei dem Ende positioniert ist, das dem festen Bauglied gegenüberliegt, wirkt, durch diese Struktur erleichtert wird, kann verhindert werden, dass das Piezoelement, das bei dem Ende positioniert ist, das dem festen Bauglied gegenüberliegt, beschädigt wird. Als ein Resultat ist die Langzeitzuverlässigkeit des Piezostapels verbessert, was die Haltbarkeit des Piezoeinspritzers vergrößert und daher die Zuverlässigkeit der Kraftstoffeinspritzungsvorrichtung steigert.

Bei dem zwölften Modus der vorliegenden Erfindung weist von den Piezoelemente, die den Piezostapel bilden, das Piezoelement, das bei dem Ende positioniert ist, das zu dem Treibbauglied entgegengesetzt ist (d. h. das Ende, das dem festen Bauglied gegenüberliegt), bei dem elften Modus einen größeren Vorrichtungsdurchmesser als das Piezoelement, das bei dem Ende, das näher zu dem Treibbauglied ist, positioniert ist, auf. Das Vergrößern des Vorrichtungsdurchmessers des Piezoelements, das bei dem Ende positioniert ist, das dem festen Bauglied gegenüberliegt, dient dazu, die innere Spannung zu verteilen.

Bei dem dreizehnten Modus der vorliegenden Erfindung ist von den Piezoelementen, die den Piezostapel bilden, der Vorrichtungsdurchmesser des Piezoelements, das bei dem Ende, das dem festen Bauglied bei dem zwölften Modus gegenüberliegt, 3% oder mehr größer als der Vorrichtungsdurchmesser des Piezoelements, das bei dem Ende, das näher zu dem Treibbauglied ist, positioniert ist.

Bei dem vierzehnten Modus der vorliegenden Erfindung weist von den Piezoelementen, die den Piezostapel bilden, das Piezoelement, das bei dem Ende, das dem festen Bauglied bei dem elften Modus gegenüberliegt, eine größere Dicke als das Piezoelement, das bei dem Ende, das näher zu dem Treibbauglied ist, positioniert ist, auf. Das Vergrößern der Dicke des Piezoelements, das bei dem Ende, das dem festen Bauglied gegenüberliegt, positioniert ist, dient dazu, die innere Spannung zu verteilen.

Bei dem fünfzehnten Modus der vorliegenden Erfindung ist von den Piezoelementen, die den Piezostapel bilden, die Dicke des Piezoelements, das bei dem Ende positioniert ist, das dem festen Bauglied bei dem vierzehnten Modus gegenüberliegt, 3% oder mehr größer als die Dicke des Piezoelements, das bei dem Ende, das näher zu dem Treibbauglied ist, positioniert ist.

Bei dem sechzehnten Modus der vorliegenden Erfindung weist von den Piezoelementen, die den Piezostapel bilden, das Piezoelement, das bei dem Ende positioniert ist, das dem festen Bauglied gegenüberliegt, eine größere Vorrichtungsstärke bzw. größere Vorrichtungsfestigkeit auf als das Piezoelement, das bei dem Ende positioniert ist, das näher zu dem Treibbauglied ist. Da von den Piezoelementen, die den Piezostapel bilden, die Vorrichtungsfestigkeit des Piezoelements, das bei dem Ende positioniert ist, das dem festen Bauglied gegenüberliegt, vergrößert ist, kann verhindert werden, dass das Piezoelement, das bei dem Ende positioniert ist, das dem festen Bauglied gegenüberliegt, beschädigt wird. Als ein Resultat ist die Langzeitzuverlässigkeit des Piezostapels verbessert, was die Haltbarkeit des Piezoeinspritzers vergrößert und daher die Zuverlässigkeit der Kraftstoffeinspritzungsvorrichtung steigert.

Bei dem siebzehnten Modus der vorliegenden Erfindung ist von den Piezoelementen, die den Piezostapel bilden, die Vorrichtungsfestigkeit des Piezoelements, das bei dem Ende positioniert ist, das dem festen Bauglied bei dem sechzehnten Modus gege nüberliegt, 10% oder mehr größer als die Vorrichtungsfestigkeit des Piezoelements, das bei dem Ende positioniert ist, das näher zu dem Treibbauglied ist.

Bei dem achtzehnten Modus der vorliegenden Erfindung ist ein elastisches Bauglied zum Anlegen einer Druckkraft an den Piezostapel zwischen dem Piezostapel und dem festen Bauglied vorgesehen, das die Ausdehnung des Piezostapels bei dem Ende, das zu dem Treibbauglied entgegengesetzt ist, aufnimmt. Durch auf diese Weise Anordnen des elastischen Bauglieds zum Anlegen einer Druckkraft an den Piezostapel wird die Zusammenziehungskraft, die einen abrupten Abfall der angelegten Last verursacht, durch das elastische Bauglied absorbiert, wodurch das Problem vermieden wird, dass ein abrupter Abfall der Last (eine abrupte Zugspannung) zu dem Piezostapel verursacht wird, wenn eine Zusammenziehung, die einen abrupten Abfall der angelegten Last verursacht, während des Ladens zu dem Piezostapel auftritt.

Durch auf diese Weise Unterdrücken der Senkenlast, die an den Piezostapel angelegt ist, ist die Langzeitzuverlässigkeit des Piezostapels verbessert, was die Haltbarkeit des Piezoeinspritzers vergrößert und daher die Zuverlässigkeit der Kraftstoffeinspritzungsvorrichtung steigert.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Erfindung ist durch Beispiele und nicht durch eine Begrenzung in den Figuren der beigefügten Zeichnungen dargestellt, in denen gleiche Bezugsziffern ähnliche Elemente zeigen. Es sei bemerkt, dass die folgenden Figuren nicht notwendigerweise maßstabsgerecht gezeichnet sind.
1A ist ein charakteristisches Diagramm, das zeigt, wie eine Versetzung, die in einem Piezostapel auftritt, mit der Zeit t, nachdem das Laden des Piezostapels gestartet ist, variiert, wenn die Anstiegszeit (Spannungsanstiegszeit) in nerhalb einer Hälfte einer kombinierten Resonanzperiode T liegt (Stand der Technik).
1B ist ein charakteristisches Diagramm, das zeigt, wie eine Versetzung, die in einem Piezostapel auftritt, mit der Zeit t, nachdem das Laden zu dem Piezostapel gestartet ist, variiert, wenn die Anstiegszeit (Spannungsanstiegszeit) gleich der kombinierten Resonanzperiode T ist (Erstes Ausführungsbeispiel).
1C ist ein charakteristisches Diagramm, das zeigt, wie die Versetzung, die in dem Piezostapel auftritt, mit der Zeit t variiert, nachdem das Laden zu dem Piezostapel gestartet ist, wenn die Anstiegszeit (Spannungsanstiegszeit) gleich 1,5mal der kombinierten Resonanzperiode T ist (Erstes Ausführungsbeispiel).
2 ist ein schematisches Diagramm, das eine Kraftstoffeinspritzungsvorrichtung zeigt (Erstes Ausführungsbeispiel).
3 ist ein schematisches Diagramm, das eine Kraftstoffeinspritzungsvorrichtung zeigt (Erstes Ausführungsbeispiel).
4 ist eine Querschnittsansicht eines Piezoeinspritzers (Erstes Ausführungsbeispiel).
5A ist ein schematisches Diagramm, das den Betrieb des Piezoeinspritzers zeigt, wenn sich der Piezostapel ausdehnt, was ermöglicht, dass Kraftstoff eingespritzt wird (Erstes Ausführungsbeispiel).
5B ist ein schematisches Diagramm, das den Betrieb des Piezoeinspritzers zeigt, wenn sich der Piezostapel zusammenzieht, was verursacht, dass die Kraftstoffeinspritzung stoppt (Erstes Ausführungsbeispiel).
6 ist ein schematisches Diagramm, das den Piezostapel zeigt (Erstes Ausführungsbeispiel).
7 ist ein elektrisches Schaltungsdiagramm einer Ladungs/Entladungs-Schaltung (Erstes Ausführungsbeispiel).
8 ist ein schematisches Diagramm, das eine Temperaturkompensationsschaltung zeigt (Erstes Ausführungsbeispiel).
9 ist ein Diagramm zum Erklären des Betriebs der Ladungs-/Entladungs-Schaltung (Erstes Ausführungsbeispiel).
10A ist ein charakteristisches Diagramm, das zeigt, wie die Versetzung, die in dem Piezostapel auftritt, mit der Zeit t, nachdem das Laden zu dem Piezostapel gestartet ist, variiert, wenn die Spannungsanstiegszeit innerhalb einer Hälfte der kombinierten Resonanzperiode T liegt.
10B ist ein charakteristisches Diagramm, das zeigt, wie die Versetzung, die in dem Piezostapel auftritt, mit der Zeit t, nachdem das Laden zu dem Piezostapel gestartet ist, variiert, wenn die Spannungsanstiegszeit innerhalb einer Hälfte der kombinierten Resonanzperiode T liegt, wenn jedoch die Spannungsanstiegsgeschwindigkeit während der Periode unmittelbar vor dem Ende der Spannungsanstiegszeit langsamer gemacht wird (Zweites Ausführungsbeispiel).
11 ist ein Zeitdiagramm, das eine Lastvariation als eine Funktion der Zeit zeigt (Bezugsbeispiel).
12 ist ein Zeitdiagramm, das Variationen der Ladungsspannung und einer Last entlang einer Zeitachse zeigt (Drittes Ausführungsbeispiel).
13 ist ein Zeitdiagramm, das Variationen der Ladungsspannung und einer Last entlang einer Zeitachse zeigt (Viertes Ausführungsbeispiel).
14 ist ein Zeitdiagramm, das Variationen der Ladungsspannung und einer Last entlang einer Zeitachse zeigt (Fünftes Ausführungsbeispiel).
15 ist ein schematisches Diagramm, das einen Piezoeinspritzer zeigt (Sechstes Ausführungsbeispiel).
16 ist ein schematisches Diagramm, das einen Piezostapel zeigt (Siebtes Ausführungsbeispiel).
17 ist ein schematisches Diagramm, das einen Piezostapel zeigt (Achtes Ausführungsbeispiel).
18 ist ein schematisches Diagramm, das einem Piezostapel zeigt (neuntes, zehntes und elftes Ausführungsbeispiel).
19 ist ein schematisches Diagramm, das einen Piezostapel zeigt (Zwölftes Ausführungsbeispiel).
BESCHREIBUNG VON BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
Vor der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele ist eine Erklärung der bekannten Probleme unter Verwendung von 1A angegeben.
Ein erstes Problem besteht darin, dass eine kombinierte Resonanzperiode T zwischen dem Piezostapel und dem Treibbauglied aufgrund der Piezoeinspritzerstruktur, bei der das Treibbauglied gegen den Piezostapel gedrückt wird, existiert. Als ein Resul tat wird bei einer idealen (imaginären) Bedingung, bei der äußere Lasten, wie z. B. eine Reibung, nicht an den Piezostapel oder das Treibbauglied angelegt sind, die nach rechts steigende Steigung der Last, die mit der kombinierten Resonanzperiode T variiert, (die nach rechts steigende Steigung der Resonanzfrequenz) zu dem Zeitpunkt 0,5T±0,1T, nachdem das Laden gestartet ist, am größten.
Wie im Vorhergehenden beschrieben ist, wurde bei den bekannten Verfahren die Spannungsanstiegszeit t nicht berücksichtigt. Daher können dort Fälle auftreten, bei denen, nachdem das Laden zu dem Piezostapel gestartet ist, das Ende der Spannungsanstiegszeit t zu dem Zeitpunkt 0,5T±0,1T erreicht wird. In solchen Fällen stoppt die Versetzung, die in der Ausdehnungsrichtung aufgrund des Piezostapels und aufgrund des Treibbauglieds auftritt, nicht, und die Ausdehnungslast (die Last, die in der Stapelrichtung des Piezostapels wirkt) vergrößert sich weiter, was zu dem Auftreten einer hohen Last (einer Spitze aufgrund eines Überschwingens) führt, selbst wenn die Ladungsspannung die Zielladungsspannung erreicht hat und die Spannung das Ansteigen gestoppt hat.
Danach treten Senken und Spitzen mit einer kombinierten Resonanzperiode T wiederholt auf. Als solches sind eine Ausdehnungs- und eine Zusammenziehungs-Kraft an den Piezostapel direkt angelegt, und der Piezostapel kann schließlich beschädigt werden. Das heißt, wenn der Endzeitpunkt der Spannungsanstiegszeit t 0,5T±0,1T ist, fällt die Langzeit-Zuverlässigkeit des Piezostapels ab.
Ein zweites Problem besteht darin, dass die Spannungsanstiegssteigung extrem groß ist, wenn der Zeitpunkt, bei dem das Ende der Spannungsanstiegszeit t; nachdem das Laden zu dem Piezostapel gestartet ist, erreicht ist, innerhalb von 0,4T liegt. Aufgrund dieses zweiten Problems stoppt die Versetzung, die in der Ausdehnungsrichtung aufgrund des Piezostapels und des Treibbauglieds auftritt, nicht, und, wie im Vorhergehenden beschrieben ist, vergrößert sich die Ausdehnungslast weiter, was zu dem Auftreten einer hohen Last (einer Spitze aufgrund eines Überschwingens; danach treten Senken und Spitzen bei jeder kombinierten Resonanzperiode T wiederholt auf) führt, selbst wenn die Ladungsspannung die Zielladungsspannung erreicht hat, und die Spannung das Ansteigen gestoppt hat. Als solches sind eine Ausdehnungs- und eine Zusammenziehungs-Kraft an den Piezostapel direkt angelegt, wobei der Piezostapel schließlich beschädigt werden kann. Das heißt, dass die Langzeitzuverlässigkeit des Piezostapels ebenfalls abfällt, wenn die Spannungsanstiegszeit t innerhalb von 0,4T ist.
Das erste und das zweite im Vorhergehenden beschriebene Problem zeigen die Probleme, die bei einer idealen (imaginären) Bedingung auftreten können, bei der äußere Lasten, wie z. B. eine Reibung, an den Piezostapel oder das Treibbauglied nicht angelegt sind. In der Realität sind jedoch äußere Lasten, wie z. B. eine Reibung, an den Piezostapel und an das Treibbauglied angelegt. Dies berücksichtigend, ist ein drittes Problem, als ein realistisches Problem, im Folgenden beschrieben.
Wenn das Laden gestartet wird, beginnt der Piezostapel, eine Ausdehnungslast zu erzeugen. Nachdem der Piezostapel beginnt, sich auszudehnen, erreicht die Ausdehnungslast ein Maximum in dem Augenblick, in dem das Treibbauglied beginnt, sich zu bewegen. Um ein spezifisches Beispiel unter Bezugnahme auf 11 zu beschreiben, tritt eine Lastvariationsspitze in einem Zeitaugenblick 21 (μs) nach der Einleitung des Ladens zu dem Piezostapel auf. Danach treten Senken und Spitzen wiederholt auf. Als solches sind eine Ausdehnungs- und Zusammenziehungs-Kraft an den Piezostapel direkt angelegt, wobei der Piezostapel schließlich beschädigt werden kann. Das heißt, die Langzeitzuverlässigkeit des Piezostapels fällt aufgrund des Auftretens der Spitzen und der Senken der Lastvariation ab.
Einspritzer, die nicht spezifisch auf Piezoeinspritzer begrenzt sind, können mehrere Einspritzungen durchführen, bei denen Einspritzungen in kurzen Intervallen wiederholt werden. Ein viertes Problem ist ein Problem, das in solchen Fällen entstehen kann. Um ein spezifisches Beispiel anzugeben, kann eine Piloteinspritzung bzw. Versuchseinspritzung mit einer kurzen Einspritzungszeit durchgeführt werden, und derselben kann unmittelbar eine Haupteinspritzung mit einer langen Einspritzungszeit folgen. Bei diesem Fall kann sich die Resonanz, die. während der Versuchseinspritzung auftritt, in die Spannungsanstiegszeit t für die folgende Haupteinspritzungszeit verlängern. Hier wird auf die Resonanz aufgrund der vorhergehenden Einspritzung, die die folgende Einspritzung beeinflusst, als die Restresonanz Bezug genommen.
Wenn sich die Restresonanz in die Spannungsanstiegszeit t erstreckt, wird die Lastvariation aufgrund der Restresonanz der Lastvariation aufgrund der ansteigenden Spannung überlagert. Wenn sich insbesondere die Last aufgrund der Restresonanz vergrößert, wenn die Spannung zu dem Piezostapel erhöht wird, wird der Anstiegszeitpunkt der Ausdehnungslast vorverlegt, und als ein Resultat kann der Einspritzungszeitpunkt früher auftreten. Wenn sich umgekehrt die Last aufgrund der Restresonanz verringert, wenn die Spannung an dem Piezostapel mit einer konstanten Steigung erhöht wird, kann der Einspritzungszeitpunkt verzögert sein, da die Ausdehnung des Piezostapels beschränkt ist.
Ein fünftes Problem besteht darin, dass, während die Ausdehnungslast, die in dem Piezostapel auftritt, zu dem Treibbauglied übertragen wird, die Seite des Piezostapels, die zu dem Treibbauglied entgegengesetzt ist, durch ein festes Bauglied getragen ist. Das heißt, die Struktur ist derart, dass die Ausdehnung bei der Seite des Piezostapels, die entgegengesetzt zu dem Treibbauglied ist, durch das feste Bauglied aufgenommen wird. Andererseits wird die Last, die auf der Seite des Treibbauglieds des Piezostapels auftritt, erleichtert, sowie sich das Treibbauglied bewegt.
Die Last, die jedoch in der Seite des Piezostapels, die entgegengesetzt zu dem Treibbauglied ist, auftritt, wird nicht nach außen freigegeben, sondern wird auf die Piezoelemente in der Seite des festen Bauglieds des Piezostapels ausgeübt, da die Seite des festen Bauglieds des Piezostapels durch das feste Bauglied starr gehalten wird. Als ein Resultat sind die Piezoelemente, die näher zu dem festen Bauglied positioniert sind (insbesondere dasselbe, das am nächsten zu dem festen Bauglied ist), einer großen Spannung ausgesetzt. Die Piezoelemente, die näher zu dem festen Bauglied positioniert sind (insbesondere dasselbe, das am nächsten zu dem festen Bauglied ist), sind daher gegenüber einer Beschädigung anfällig, und daher fällt die Langzeitzuverlässigkeit des Piezostapels ab.
Ein sechstes Problem ist eines, das dem Phänomen zugeordnet ist, das in Verbindung mit dem dritten Problem beschrieben ist, d. h. nachdem das Laden zu dem Piezostapel gestartet ist, erreicht die Ausdehnungslast ein Maximum in dem Augenblick, in dem sich das Treibbauglied beginnt, zu bewegen. Sowie sich das Treibbauglied beginnt, unter der maximalen Last zu bewegen, tritt unmittelbar danach eine Senke auf, da die angelegte Last abrupt abfällt. Die Piezoelemente, die den Piezostapel bilden, sind gegenüber einem Stoß empfindlich, und können nicht nur beschädigt werden, wenn eine hohe Last, wie im Vorhergehenden beschrieben ist, angelegt ist, sondern ferner, wenn ein abrupter Lastabfall auftritt. Das heißt, eine abrupte Senkenlast, die in dem Piezostapel auftritt, kann zu einer Verschlechterung der Langzeitzuverlässigkeit des Piezostapels führen.
Die ersten bis zehnten besten Modi der vorliegenden Erfindung sind im Folgenden beschrieben. Die ersten bis fünften besten Modi zielen darauf ab, die Zuverlässigkeit des Piezostapels zu steigern, indem das Spannungsladen zu dem Piezostapel gesteuert wird, während die sechsten bis zehnten besten Modi darauf abzielen, die Zuverlässigkeit des Piezostapels zu steigern, indem die mechanische Struktur des Piezoeinspritzers einfallsreich entworfen wird.
Die Kraftstoffeinspritzungsvorrichtung des ersten besten Modus weist einen Piezoeinspritzer, der einen Piezostapel, der eine Ausdehnung in einer Richtung erzeugt, in der Piezoelemente gestapelt sind, und ein Treibbauglied, das in der Stapelrichtung bewegbar ist, indem dasselbe mit der Ausdehnung des Piezostapels direkt getrieben wird, aufweist, wobei der Piezoeinspritzer eine Kraftstoffeinspritzung durchführt, indem verursacht wird, dass sich das Treibbauglied in der Stapelrichtung mit der Ausdehnung des Piezostapels bewegt, und eine Steuerung zum Steuern des Ladens und Entladens des Piezostapels auf. Die Steuerung führt eine erste Spannungsanstiegssteuerung durch, die die Beziehung 0.6T ≤ t erfüllt, wobei t eine Spannungsanstiegszeit ist, die von dem Moment, zu dem das Laden zu dem Piezostapel eingeleitet wird, bis der Piezostapel auf eine Zielladungsspannung aufgeladen ist, dauert, und T eine kombinierte Resonanzperiode des Piezostapels und des Treibbauglieds ist.
Die Kraftstoffeinspritzungsvorrichtung des zweiten besten Modus weist einen Piezoeinspritzer, der einen Piezostapel, der eine Ausdehnung in einer Richtung erzeugt, in der Piezoelemente gestapelt sind, und ein Treibbauglied, das in der Stapelrichtung bewegbar ist, indem dasselbe mit der Ausdehnung des Piezostapels direkt getrieben wird, aufweist, wobei der Piezoeinspritzer eine Kraftstoffeinspritzung durchführt, indem verursacht wird, dass sich das Treibbauglied in der Stapelrichtung mit der Ausdehnung des Piezostapels bewegt, und eine Steuerung zum Steuern des Ladens und des Entladens zu dem Piezostapel auf. Wenn eine Spannungsanstiegszeit, die von dem Moment, zu dem das Laden zu dem Piezostapel eingeleitet wird, bis der Piezostapel auf eine Zielladungsspannung aufgeladen ist, dauert, durch t bezeichnet ist, und eine kombinierte Resonanzperiode des Piezostapels und des Treibbauglieds durch T bezeichnet ist, führt dann die Steuerung, wenn 0,25T ≤ t < 0,6T ist, eine zweite Spannungsanstiegssteuerung durch, bei der die Durchschnitts-Spannungsanstiegsgeschwindigkeit während einer Periode von 0,5t bis lt langsamer als eine Durchschnitts-Spannungsanstiegsgeschwindigkeit während einer Periode von der Einleitung des Ladens zu dem Piezostapel bis 0,5t gemacht wird.
Die Kraftstoffeinspritzungsvorrichtung des dritten besten Modus weist einen Piezoeinspritzer, der einen Piezostapel, der eine Ausdehnung in einer Richtung erzeugt, in der Piezoelemente gestapelt sind, und ein Treibbauglied, das in der Stapelrichtung bewegbar ist, indem dasselbe mit der Ausdehnung des Piezostapels direkt getrieben wird, aufweist, wobei der Piezoeinspritzer eine Kraftstoffeinspritzung durchführt, indem verursacht wird, dass sich das Treibbauglied in der Stapelrichtung mit der Ausdehnung des Piezostapels bewegt, und eine Steuerung zum Steuern des Ladens und Entladens des Piezostapels auf.
Wenn eine Spannungsanstiegszeit, die von dem Moment, zu dem das Laden zu dem Piezostapel eingeleitet wird, bis der Piezostapel auf eine Zielladungsspannung aufgeladen ist, dauert, durch t bezeichnet ist, und eine kombinierte Resonanzperiode des Piezostapels und des Treibbauglieds durch T bezeichnet ist, führt die Steuerung eine dritte Spannungsanstiegssteuerung durch, bei der die Spannungsanstiegsgeschwindigkeit während einer Periode ±0,1T einer Lastvariationsspitze, die in dem Piezostapel innerhalb der Spannungsanstiegszeit t von der Einleitung des Ladens zu dem Piezostapel bis der Piezostapel auf die Zielladungsspannung aufgeladen ist, auftritt, langsamer als die Spannungsanstiegsgeschwindigkeit während der anderen Perioden gemacht wird, und/oder eine Spannungsanstiegsgeschwindigkeit während einer Periode innerhalb von ± 0,1T einer Lastvariationssenke, die in dem Piezostapel auftritt, schneller als die Spannungsanstiegsgeschwindigkeit während der anderen Perioden gemacht wird.
Die Kraftstoffeinspritzungsvorrichtung des vierten besten Modus weist einen Piezoeinspritzer, der einen Piezostapel, der eine Ausdehnung in einer Richtung erzeugt, in der Piezoelemente gestapelt sind, und ein Treibbauglied, das in der Stapelrichtung bewegbar ist, indem dasselbe durch die Ausdehnung des Piezostapels direkt getrieben wird, aufweist, wobei der Piezoeinspritzer eine Kraftstoffeinspritzung durchführt, indem verursacht wird, dass sich das Treibbauglied in der Stapelrichtung mit der Ausdehnung des Piezostapels bewegt, und eine Steuerung zum Steuern des Ladens und Entladens des Piezostapels auf.
Wenn eine Spannungsanstiegzeit, die von dem Moment, zu dem das Laden zu dem Piezostapel eingeleitet wird, bis der Piezostapel auf eine Zielladungsspannung aufgeladen ist, dauert, durch t bezeichnet ist, und eine kombinierte Resonanzperiode des Piezostapels und des Treibbauglieds durch T bezeichnet ist, führt die Steuerung eine vierte Spannungsanstiegssteuerung durch, bei der eine Spannung, die während der Spannungsanstiegszeit t von der Einleitung des Ladens zu dem Piezostapel bis der Piezostapel auf die Zielladungsspannung aufgeladen ist, angelegt ist, für eine Periode von innerhalb ±0,1T einer Lastvariationsspitze, die in dem Piezostapel auftritt, reduziert wird.
Die Kraftstoffeinspritzungsvorrichtung des fünften besten Modus weist einen Piezoeinspritzer, der einen Piezostapel, der eine Ausdehnung in einer Richtung erzeugt, in der Piezoelemente gestapelt sind, und ein Treibbauglied, das in der Stapelrichtung bewegbar ist, indem dasselbe mit der Ausdehnung des Piezostapels direkt getrieben wird, aufweist, wobei der Piezoeinspritzer eine Kraftstoffeinspritzung durchführt, indem verursacht wird, dass sich das Treibbauglied in der Stapelrichtung mit der Ausdehnung des Piezostapels bewegt, und eine Steuerung zum Steuern des Ladens und Entladens des Piezostapels auf.
Wenn eine Spannungsanstiegszeit, die von dem Moment, zu dem das Laden zu dem Piezostapel eingeleitet wird, bis der Piezostapel auf eine Zielladungsspannung aufgeladen ist, dauert, durch t bezeichnet ist, und eine kombinierte Resonanzperiode des Piezostapels und des Treibbauglieds durch T bezeichnet ist, wenn es eine Restresonanz gibt, die in dem Piezostapel und dem Treibbauglied aufgrund einer vorhergehenden Einspritzung auftritt, führt die Steuerung eine fünfte Spannungsanstiegssteuerung durch, bei der eine Spannung, die hinsichtlich der Phase zu einer Lastvariation, die aufgrund der Restresonanz auftritt, entgegengesetzt ist, an den Piezostapel innerhalb der Spannungsanstiegszeit t von der Einleitung des Ladens zu dem Piezostapel bis der Piezostapel auf die Zielladungsspannung aufgeladen ist, angelegt ist.
Die Kraftstoffeinspritzungsvorrichtung des sechsten besten Modus ist mit einem Piezoeinspritzer ausgerüstet, der einen Piezostapel, der eine Ausdehnung in einer Richtung erzeugt, in der Piezoelemente gestapelt sind, und ein Treibbauglied, das in der Stapelrichtung bewegbar ist, indem dasselbe mit der Ausdehnung des Piezostapels direkt getrieben wird, aufweist, wobei der Piezoeinspritzer eine Kraftstoffeinspritzung durchführt, indem verursacht wird, dass sich das Treibbauglied in der Stapelrichtung des Piezostapels bewegt. Hier ist ein Reibungskoeffizient-Reduzierungsbauglied zum Reduzieren des Reibungskoeffizienten bei einem Abschnitt vorgesehen, bei dem das Treibbauglied ein verschiebbares Haltebauglied berührt, das das Treibbauglied verschiebbar hält.
Die Kraftstoffeinspritzungsvorrichtung des siebten besten Modus ist mit einem Piezoeinspritzer ausgerüstet, der einen Piezostapel, der eine Ausdehnung in einer Richtung erzeugt, in der Piezoelemente gestapelt sind, und ein Treibbauglied, das in der Stapelrichtung bewegbar ist, indem dasselbe mit der Ausdehnung des Piezostapels direkt getrieben wird, aufweist, wobei der Piezoeinspritzer eine Kraftstoffeinspritzung durchführt, indem verursacht wird, dass sich das Treibbauglied in der Stapelrichtung des Piezostapels bewegt. Zwischen dem Piezostapel und einem festen Bauglied, das die Ausdehnung des Piezostapels bei einem Ende entgegengesetzt von dem Treibbauglied aufnimmt, ist ein Niedersteifigkeitsabschnitt mit einer niedrigeren Steifigkeit als das feste Bauglied vorgesehen.
Die Kraftstoffeinspritzungsvorrichtung des achten besten Modus ist mit einem Piezoeinspritzer ausgerüstet, der einen Piezostapel, der eine Ausdehnung in einer Richtung erzeugt, in der Piezoelemente gestapelt sind, und ein Treibbauglied, das in der Stapelrichtung bewegbar ist, indem dasselbe mit der Ausdehnung des Piezostapels direkt getrieben wird, aufweist, wobei der Piezoeinspritzer eine Kraftstoffeinspritzung durchführt, indem verursacht wird, dass sich das Treibbauglied in der Stapelrichtung des Piezostapels bewegt. Hier weist von den Piezoelementen, die den Piezostapel bilden, das Piezoelement, das an einem Ende, das von dem Treibbauglied entgegengesetzt ist, positioniert ist, eine Struktur auf, die eine innere Spannung im Vergleich zu dem Piezoelement, das bei einem Ende, das näher zu dem Treibbauglied ist, positioniert ist, reduziert.
Die Kraftstoffeinspritzungsvorrichtung des neunten besten Modus ist mit einem Piezoeinspritzer ausgerüstet, der einen Piezostapel, der eine Ausdehnung in einer Richtung, in der Piezoelemente gestapelt sind, erzeugt, und ein Treibbauglied, das in der Stapelrichtung bewegbar ist, indem dasselbe mit der Ausdehnung des Piezostapels direkt getrieben wird, aufweist, wobei der Piezoeinspritzer eine Kraftstoffeinspritzung durchführt, indem verursacht wird, dass sich das Treibbauglied in der Stapelrichtung des Piezostapels bewegt. Hier ist das Piezoelement der Piezoelemente, die den Piezostapel bilden, das bei einem Ende, das von dem Treibbauglied entgegengesetzt ist, positioniert ist, hergestellt, um eine größere Vorrichtungsfestigkeit als das Piezoelement, das bei einem Ende, das näher zu dem Treibbauglied ist, positioniert ist, aufzuweisen.
Die Kraftstoffeinspritzungsvorrichtung des zehnten besten Modus ist mit einem Piezoeinspritzer ausgerüstet, der einen Piezostapel, der eine Ausdehnung in einer Richtung, in der Piezoelemente gestapelt sind, erzeugt, und ein Treibbauglied, das in der Stapelrichtung bewegbar ist, indem dasselbe mit der Ausdehnung des Piezostapels direkt getrieben wird, aufweist, wobei der Piezoeinspritzer eine Kraftstoffeinspritzung durchführt, indem verursacht wird, dass sich das Treibbauglied in der Stapelrichtung des Piezostapels bewegt. Ein elastisches Bauglied zum Anlegen einer Druckkraft an den Piezostapel ist hier zwischen dem Piezostapel und einem festen Bauglied, das die Ausdehnung des Piezostapels bei einem Ende entgegengesetzt zu dem Treibbauglied aufnimmt, positioniert.
Erstes Ausführungsbeispiel
Ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist im Folgenden unter Bezugnahme auf 1B bis 9 beschrieben. Die Grundkonfiguration der Kraftstoffeinspritzungsvorrichtung ist zuerst unter Bezugnahme auf 2 beschrieben. Die Kraftstoffeinspritzungsvorrichtung weist einen Piezoeinspritzer 1, dem Kraftstoff von außen zugeführt wird, und eine Steuerung 2, die den Betrieb des Piezoeinspritzers 1 steuert, auf.
Der Piezoeinspritzer 1 weist einen Piezostapel 4, der aus einem Stapel von Piezoelementen 3 (siehe 6) aufgebaut ist, der, wenn derselbe elektrisch geladen wird, eine Ausdehnung in der Stapelrichtung erzeugt, und ein Treibbauglied 5 auf, das in der Stapelrichtung bewegbar ist, indem dasselbe mit der Ausdehnung des Piezostapels direkt betrieben wird, und der Piezoeinspritzer 1 führt eine Kraftstoffeinspritzung durch, indem verursacht wird, dass sich das Treibbauglied 5 in der Stapelrichtung bewegt. Der Piezoeinspritzer 1 ist mit einer ersten Rückholfeder 6 versehen, die den Piezostapel 4 über das Treibbauglied 5 zusammendrückt, wobei die Struktur derart ist, dass in dem Augenblick, in dem der Piezostapel 4 die Ausdehnung (die Ausdehnungskraft bzw. Spannkraft) desselben verliert, in dem derselbe entladen wird, der Piezostapel 4 zusammengedrückt wird, was verursacht, dass sich das Treibbauglied 5 in der Stapelrichtung entgegengesetzt zu der Richtung der Ausdehnung bewegt.
Das heißt, der Piezoeinspritzer 1 verwendet die Eigenschaft, dass der Piezostapel 4 die Ausdehnung erzeugt, wenn derselbe elektrisch geladen wird, und steuert die Kraftstoffeinspritzung durch Betreiben der Nadel 7 unter Verwendung des Piezostapels 4 oder durch direktes Treiben einer Nadel 7 durch Öffnen und Schließen eines Ventils (Drei-Wege-Ventil, Zwei-Wege-Ventil etc.) unter Verwendung des Piezostapels 4 und dadurch Steuern des Gegendrucks der Nadel 7 Ein/Aus.
Die Steuerung 2 ist mit einer Ladungs-/Entladungs-Steuerfunktion zum Steuern des Ladens/Entladens zu dem Piezostapel ausgerüstet, die als ein Steuerprogramm für den Piezoeinspritzer 1 implementiert ist. Die Ladungs-/Entladungs-Steuerfunktion weist eine Funktion zum Durchführen der ersten Spannungsanstiegssteuerung auf, die die Beziehung
0.6T ≤ t
erfüllt, wobei t die Spannungsanstiegszeit ist, die von dem Moment, zu dem das Laden zu dem Piezostapel 4 eingeleitet wird, bis der Piezostapel 4 auf die Zielladungsspannung aufgeladen ist, dauert, und T die kombinierte Resonanzperiode des Piezostapels 4 und des Treibbauglieds 5 ist.
Das heißt, die Steuerung 2 ist mit einer Funktion zum Senken der Spannungsanstiegssteigung kurz vor dem Ende der Spannungsanstiegszeit t ausgerüstet, indem die Spannungsanstiegszeit bewusst gleich oder länger als 0,6T gemacht wird, und dadurch verhindert wird, dass der Zeitpunkt, zu dem das Spannungsladen zu dem Piezostapel 4 endet (das Ende der Spannungsanstiegszeit t), mit dem Zeitpunkt, zu dem die nach rechts ansteigende Steigung der Last, die mit der kombinierten Resonanzperiode T (die rechts ansteigende Steigung der Resonanzfrequenz) variiert, am größten oder nahezu am größten ist, überlappt.
Die Kraftstoffeinspritzungsvorrichtung ist detaillierter im Folgenden beschrieben. Als ein spezifisches Beispiel der Kraftstoffeinspritzungsvorrichtung ist erstens eine Kraftstoffeinspritzungsvorrichtung mit einer gemeinsamen Druckleitung bzw. eine Common-Rail-Kraftstoffeinspritzungsvorrichtung unter Bezugnahme auf 3 beschrieben; danach ist als ein spezifisches Beispiel des Piezoeinspritzers 1 ein Drei-Wege-Ventil-Piezoeinspritzer unter Bezugnahme auf 4, 5 etc. beschrieben, gefolgt von einer Beschreibung eines Beispiels des Piezostapels 4 unter Bezugnahme auf 6 etc., der weiter die Beschreibung von einem spezifischen Beispiel der Steuerung 2 unter Bezugnahme auf 7 bis 9 etc. folgt.
Die Systemkonfiguration der Kraftstoffeinspritzungsvorrichtung ist unter Bezugnahme auf 3 beschrieben. Die Kraftstoffeinspritzungsvorrichtung ist ein System zum Einspritzen von Kraftstoff in die Zylinder eines Motors (beispielsweise eines nicht gezeigten Dieselmotors) und weist zusätzlich zu den Piezoeinspritzern 1 und der Steuerung 2 eine gemeinsame Druckleitung 11, eine Zufuhrpumpe 12 etc. auf. Hier weist die Steuerung 2 eine ECU (= Engine Control Unit = Motorsteuereinheit) 13 und eine EDU (= Electronic Drive Unit = elektronische Treibeinheit) 14 auf; die EDU 14 kann in dem Gehäuse der ECU 13 enthalten sein.
Die gemeinsame Druckleitung 11 ist ein Druckakkumulator bzw. Drucksammler, der den Kraftstoff bei einem hohen Druck zur Zufuhr zu den Piezoeinspritzern 1 akkumuliert bzw. sammelt, und ist mit einem Pumpenanschluss bzw. Auslaßtor der Zufuhrpumpe 12, die den Kraftstoff unter einem Druck durch ein Hochdruck-Pumprohr 15 zuführt, derart verbunden, dass ein Druck einer gemeinsamen Druckleitung, der dem Kraftstoffeinspritzungsdruck entspricht, gesammelt wird; eine Mehrzahl von Einsprit zerrohren 16 zum Zuführen des Hochdruckkraftstoffes zu den jeweiligen Piezoeinspritzern 1 ist mit der gemeinsamen Druckleitung 11 verbunden.
Ein Entlastungsrohr bzw. Überdruckrohr 18 zum Zurückführen von Kraftstoff von der gemeinsamen Druckleitung 11 zu dem Kraftstofftank 17 ist mit einem Druckbegrenzer 19 ausgerüstet. Der Druckbegrenzer 19 ist ein Druckentlastungsventil, das geöffnet wird, wenn der Druck der gemeinsamen Druckleitung 11 innerhalb der gemeinsamen Druckleitung 11 einen voreingestellten Grenzdruck überschreitet, so dass der Druck der gemeinsamen Druckleitung innerhalb der gemeinsamen Druckleitung 11 innerhalb des voreingestellten Grenzdrucks gehalten wird. Die gemeinsame Druckleitung 11 ist andererseits mit einem Druckreduzierungsventil 21 ausgerüstet. Das Druckreduzierungsventil 21 wird durch ein Ventilöffnungs-Anweisungssignal, das von der ECU 13 ausgegeben wird, geöffnet, und gibt den Druck der gemeinsamen Druckleitung durch das Entlastungsrohr 18 rapide frei. Mit der gemeinsamen Druckleitung 11, die mit dem Druckreduzierungsventil 21 ausgerüstet ist, kann die ECU 13 eine Steuerung durchführen, um den Druck der gemeinsamen Druckleitung auf einen Druck schnell zu reduzieren, der mit der Fahrzeugfahrbedingung übereinstimmt. Es gibt Fälle, bei denen das Druckreduzierungsventil 21 nicht vorgesehen ist.
Die Piezoeinspritzer 1 sind jeweils für jeden Zylinder des Motors vorgesehen und liefern durch Einspritzung Kraftstoff zu den jeweiligen Zylindern; Jeder Piezoeinspritzer 1 ist mit dem Stromabwärtsende eines entsprechenden der Mehrzahl von Einspritzerrohren 16, die von der gemeinsamen Druckleitung 11 abzweigen, verbunden, und liefert den Hochdruck-Kraftstoff, der in der gemeinsamen Druckleitung 11 angesammelt ist, durch Einspritzung zu dem entsprechenden Zylinder. Die detaillierte Struktur ist im Folgenden beschrieben. Jedes Kraftstofflecken aus den Piezoeinspritzern 1 wird durch das Entlastungsrohr 18 ebenfalls zu dem Kraftstofftank 17 zurückgeführt.
Die Zufuhrpumpe 12 ist eine Hochdruck-Kraftstoffpumpe, die Kraftstoff unter Druck zu der gemeinsamen Druckleitung 11 zuführt, und ist mit einer Speisepumpe ausgerüstet, die den Kraftstoff in dem Kraftstofftank 17 in die Zufuhrpumpe 12 zieht; die Zufuhrpumpe 12 drückt dann den Kraftstoff bei einem hohen Druck zusammen bzw. komprimiert denselben und führt den Kraftstoff unter Druck der gemeinsamen Druckleitung 11 zu. Die Speisepumpe und die Zufuhrpumpe 12 sind beide über eine gemeinsame Nockenwelle 23 angetrieben. Diese Nockenwelle 23 ist zur Drehung durch den Motor getrieben.
Die Zufuhrpumpe 12 ist ferner mit einem SCV (= Suction Control Valve = Saug-Steuerventil) 24 zum Einstellen der Öffnung eines Kraftstoff-Flußdurchgangs, durch den der Kraftstoff in eine Druckkammer eingeführt wird, in der der Kraftstoff bei einem hohen Druck komprimiert wird, ausgerüstet. Das SCV 24 ist ein Ventil, das gemäß der Steuerung eines Pumpen-Treibsignals von der ECU 13 die Kraftstoffmenge, die in die Druckkammer zu ziehen ist, einstellt und daher die Kraftstoffmenge ändert, die unter Druck in die gemeinsame Druckleitung 11 zu speisen ist; durch auf diese Weise Einstellen der Kraftstoffmenge, die unter Druck in die gemeinsame Druckleitung 11 zu speisen ist, wird der Druck der gemeinsamen Druckleitung eingestellt. Das heißt, durch Steuern des SCV 24 kann die ECU 13 den Druck der gemeinsamen Druckleitung auf den Druck steuern, der mit der Fahrzeug-Fahrbedingung übereinstimmt.
Der Piezoeinspritzer 1 ist als nächstes beschrieben. Ein Beispiel des Piezoeinspritzers 1 ist in dem Querschnitt in 4 gezeigt, und der Aufbau desselben ist in 5A und 5B grafisch gezeigt. In der folgenden Beschreibung bezieht sich die obere Seite auf die obere Seite jeder Figur, und die untere Seite bezieht sich auf die untere Seite von jeder Figur. Der Piezoeinspritzer 1 weist eine im Wesentlichen stabähnliche Form auf; die untere Seite desselben läuft durch die Wand der Motorverbrennungskammer, und das untere Ende desselben steht in die Verbrennungskammer vor. Der Piezoeinspritzer 1 weist einen Düsenabschnitt 31, ein Drei-Wege-Ventil 32, eine Versetzungs-Verstärkungseinrichtung 33 und einen Piezostapel 4 in dieser Reihenfolge von dem unteren Ende zu dem oberen Ende der Figur auf. Die detaillierte Struktur dieser Komponenten ist der Reihe nach im Folgenden beschrieben.
Der Düsenabschnitt 31 weist einen Teil auf, der den Ein-/Aus-Betrieb der Hochdruck-Kraftstoffeinspritzung steuert, und weist eine Nadel 7 auf, die innerhalb eines Gehäuses 34 (Düsenhalter 35) verschiebbar getragen ist. Ein Abschnitt 36 mit größerem Durchmesser in dem oberen Teil der Nadel 7 ist innerhalb des Düsenhalters 35 verschiebbar getragen, während ein kegelförmiger unterer Endabschnitt 37 der Nadel 7 von einem Ringsitz 38, der um den inneren Umfang des unteren Endabschnitts des Düsenhalters 35 gebildet ist, nach unten gegen gehalten ist oder weggezogen wird. Hochdruck-Kraftstoff wird in einen Raum 39, der den äußeren Umfang des unteren Abschnitts der Nadel 7 umgibt, durch einen Hochdruckdurchgang 42, der in dem Gehäuse 34 (Ventilkörper 41 und Düsenhalter 35) gebildet ist, eingeführt, und der Kraftstoff wird durch ein Einspritzungstor 43 eingespritzt, wenn die Nadel 7 von demselben weggezogen wird. Der Hochdruck-Kraftstoff, der in den Raum 39, der den äußeren Umfang des unteren Abschnitts der Nadel 7 umgibt, zugeführt wird, übt einen Druck auf eine Stufenfläche 36a des Abschnitts 36 mit größerem Durchmesser aus und wirkt daher, um die Nadel 7 nach oben (in der Richtung von dem Sitz wegbewegend) zu heben. Andererseits wird einer Gegendruckkammer 44, die oberhalb des Abschnitts 36 mit größerem Durchmesser positioniert ist, Treibstoff von dem Hochdruckdurchgang 42 durch eine Hinein-Öffnung 45 zugeführt, und der Hochdruck-Kraftstoff, der in die Gegendruckkammer 44 zugeführt wird, übt einen Druck auf eine obere Fläche 36b des Abschnitts 36b mit größerem Durchmesser aus und wirkt daher zusammen mit einer zweiten Rückholfeder 46, um die Nadel nach unten (in der Richtung zu dem Sitz) zu drücken.
Das Drei-Wege-Ventil 32 ist eine Gegendruck-Schalteinrichtung zum Schalten der Gegendruckkammer 44 zwischen dem Hochdruckdurchgang 42 und einem Niederdruckdurchgang (Leckkraftstoffdurchgang) 47 und ist bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel aus einem Spulenventil aufgebaut. Das Drei-Wege-Ventil 32, das aus dem Spulenventil aufgebaut ist, weist eine Spule (einen Ventilstöpsel) 48 auf, die innerhalb des Gehäuses 34 (Ventilkörper 41) verschiebbar getragen ist; wenn sich die Spule 48 nach unten, wie in 5A gezeigt ist, bewegt, wird ein Gegendruck-Kommunikationsdurchgang 25, der mit der Gegendruckkammer 44 kommuniziert, mit dem Niederdruckdurchgang 47, durch den Leckkraftstoff ausgestoßen wird, verbunden, und der Druck innerhalb der Gegendruckkammer 44 fällt ab. Die Nadel 7 wird als ein Resultat von dem Sitz weggezogen, was ermöglicht, dass der Kraftstoff eingespritzt wird.
Wenn sich umgekehrt die Spule 48 nach oben, wie in 5B gezeigt ist, bewegt, wird der Gegendruck-Kommunikationsdurchgang 25, der mit der Gegendruckkammer 44 kommuniziert, mit dem Hochdruckdurchgang 42, durch den der Hochdruck-Kraftstoff zugeführt wird, verbunden, und der Druck innerhalb der Gegendruckkammer 44 steigt an. Als ein Resultat wird die Nadel 7 nach unten gegen den Sitz gehalten, so dass die Kraftstoffeinspritzung gestoppt wird. Eine dritte Rückholfeder 49 zum Drängen der Spule 48 nach oben ist an dem unteren Ende der Spule 48 befestigt.
Die Versetzungs-Verstärkungseinrichtung 33 ist eine Einrichtung zum Verstärken der Menge der Ausdehn-/Zusammenzieh-Versetzung des Piezostapels 4 (die Menge der dimensionalen Änderung in der Stapelrichtung, d. h. die Änderungsmenge in der Nachoben-/Nach-unten-Richtung) und zum Übertragen derselben zu der Spule 48 des Drei-Wege-Ventils 32 und weist einen Kolben 51 mit kleinem Durchmesser, der oberhalb der Spule 48 vorgesehen ist, das Treibbauglied 5 (bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Kolben mit größerem Durchmesser), das durch den Piezostapel 4 direkt getrieben ist, und eine Versetzungs-Verstärkungskammer 52, die zwischen der oberen Fläche des Kolbens 51 mit kleinem Durchmesser und der unteren Fläche des Treibbauglieds 5 gebildet ist, auf.
Das Treibbauglied 5 ist innerhalb des Gehäuses 34 (des Ventilkörpers 41) verschiebbar getragen. Das Treibbauglied 5 wird durch die erste Rückholfeder 6 gegen den Piezostapel 4 gedrückt, und ist in den Nach-oben-/Nach-unten-Richtungen um eine Menge gleich der Menge der Zusammenziehung/Ausdehnung des Piezostapels 4 versetzbar. Das heißt, das Treibbauglied 5 ist in der Stapelrichtung (Abwärtsrichtung) bewegbar, indem dasselbe mit der Ausdehnung des Piezostapels 4 direkt getrieben wird.
Wenn sich der Piezostapel 4 in der Stapelrichtung ausdehnt, wird verursacht, dass sich das Treibbauglied 5 abwärts bewegt, was verursacht, dass sich die Spule 48 des Drei-Wege-Ventils 32 abwärts bewegt; als ein Resultat fällt der Druck innerhalb der Gegendruckkammer 44 ab, was ermöglicht, dass der Treibstoff eingespritzt wird. Wenn sich umgekehrt der Piezostapel 4 in der Stapelrichtung zusammenzieht, wird verursacht, dass sich das Treibbauglied 5 aufwärts bewegt, was verursacht, dass sich die Spule 48 des Drei-Wege-Ventils 32 aufwärts bewegt; als ein Resultat steigt der Druck innerhalb der Gegendruckkammer 44 an, so dass die Kraftstoffeinspritzung abgestellt wird.
Der Aufbau des Piezostapels 4 ist in der Technik gut bekannt, wobei ein Beispiel desselben unter Bezugnahme auf 6 beschrieben ist. Der Piezostapel 4 ist durch Stapeln einer großen Zahl von Flachplattenpiezoelementen 3, die sich in der Dickenrichtung ausdehnen, wenn dieselben elektrisch geladen werden, aufgebaut. Jedes Piezoelement 3 weist einen piezoelektrischen Körper mit im Wesentlichen einer Plattenform und innere Elektroden, die an entgegengesetzten Oberflächen des piezoelektrischen Körpers gebildet sind, auf, und eine große Zahl von solchen Piezoelementen 3 ist in der Dickenrichtung gestapelt, um den Piezostapel 4 aufzubauen.
Zwei Seitenelektroden 53 sind an entgegengesetzten Seitenflächen des Piezostapels 4 gebildet. Eine der Seitenelektroden 53 ist mit einer inneren Elektrode von jedem piezoelektrischen Körper elektrisch verbunden, und die andere Seitenelektrode 53 ist mit der anderen inneren Elektrode von jedem piezoelektrischen Körper elektrisch verbunden. Der innere Abschnitt der Seitenelektrode 53 kann als eine harte Elektrode 53a gebildet sein, und der äußere Abschnitt kann als eine weiche Elektrode 53b gebildet sein, wie in 6 gezeigt ist, die gesamte Elektrode kann jedoch alternativ als eine weiche Elektrode 53b gebildet sein.
Die zwei Seitenelektroden 53 sind jeweils mit zwei Erregungsanschlüssen 54 elektrisch verbunden, die durch eine feste Basis 56 vertikal laufend gebildet sind, wie es im folgenden beschrieben ist, und die Piezoelemente 3 in dem Piezostapel 4 werden durch Anlegen einer Spannung an äußere Verbinder 54a (siehe 4), die mit den Erre gungsanschlüssen 54 verbunden sind, erregt. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Piezostapel 4 als lediglich die Piezoelemente 3 aufweisend gezeigt; als eine alternative Struktur können jedoch andere Elemente, wie z. B. elektrisch resistive bzw. widerstandsbehaftete Wärmeelemente, die Wärme erzeugen, wenn dieselben erregt werden, bei geeigneten Abschnitten des Piezostapels 4 eingefügt sein.
Der Piezostapel 4 ist in einem verschlossenen Mantel gehäust, um eine Berührung mit dem Kraftstoff zu verhindern. Der verschlossene Mantel weist einen zylindrischen Balg (siehe 4) auf, der einen Stapelmantel 55, die feste Basis (obere Basis) 56 und das Treibbauglied 5 unterbringt, und der eine Struktur aufweist, die eine vertikale Versetzung des Treibbauglieds 5 nicht behindert. Der Stapelmantel 55 ist ein zylindrisch geformter Metallmantel, der den äußeren Umfang des Piezostapels 4 bedeckt und der einen inneren Durchmesser aufweist, der geringfügig größer als der äußere Durchmesser des Piezostapels 4 ist, um zu ermöglichen, dass sich der Piezostapel 4, der darin untergebracht ist, in der vertikalen Richtung ausdehnen und zusammenziehen kann.
Die feste Basis 56 ist ein Metallbauglied, das einen untersten Abschnitt 56a mit größerem Durchmesser, einen obersten Abschnitt 56b mit kleinerem Durchmesser und einen verjüngten oder gekugelten Abschnitt 56c, der dieselben verbindet, aufweist, und der Abschnitt 56a mit größerem Durchmesser ist in das obere Ende des Stapelmantes 55 gepasst, um das obere Ende der Stapelkammer hermetisch zu schließen. Die feste Basis 56 wirkt ferner als ein Bauglied, das das obere Ende des Piezostapels 4 berührt und die vertikale Versetzung des oberen Endes des Piezostapels 4 beschränkt.
Der verschlossene Mantel, der den Piezostapel 4 enthält, ist in einer Betätigerkammer bzw. Stellerkammer, die innerhalb des Gehäuses 34 (Ventilkörpers 41) des Piezoeinspritzers 1 gebildet ist, platziert, und der verjüngte Abschnitt 56c der festen Basis 56 ist ein Bauglied, das eine verjüngte oder gekugelte Fläche 57, die in dem oberen Abschnitt der Betätigerkammer gebildet ist, berührt und die vertikale Versetzung des oberen Endes des Piezostapels 4 über die feste Basis 56 beschränkt.
Das heißt, die feste Basis 56, die das obere Ende des Piezostapels 4 berührt, und der Ventilkörper 41, der das obere Ende der festen Basis 56 berührt, entsprechen zusammen dem festen Bauglied, das die Ausdehnung des Piezostapels 4 an der oberen Seite des Piezostapels 4 (der Seite entgegengesetzt von dem Treibbauglied 5) aufnimmt. Die feste Basis 56 und der Ventilkörper 41, der die feste Basis 56 trägt, sind jeweils aus einem Hartmetall (rostfreiem Stahl) mit einem Elastizitätsmodul von etwa 13 GPa gebildet und sind strukturiert, um den oberen Endabschnitt des Piezostapels in einer festen Position sicher zu halten.
Die Steuerung 2 weist die ECU 13 und die ECU 14, wie im Vorhergehenden erwähnt ist, auf. Die ECU 13 ist aus einem Computer einer bekannten Konfiguration aufgebaut, der eine CPU zum Durchführen einer Steuerung und von arithmetischen und logischen Operationen, Speichervorrichtungen (Speicher, wie z. B. ROM, RAM, SRAM und EEPROM) zum Speichern von verschiedenen Programmen und Daten, eine Eingangsschaltungsanordnung, eine Ausgangsschaltungsanordnung und eine Leistungszufuhrschaltungsanordnung aufweist. Die ECU 13 führt verschiedene arithmetische und logische Operationen basierend auf Sensorsignalen (Motorparametern: Signalen, die auf die Fahrzeugfahrbedingung und die Motorbetriebsbedingung ansprechen) durch.
Verschiedene Sensoren zum Erfassen von Motorparametern, wie z. B. ein Beschleunigerpedalöffnungssensor bzw. Gaspedalöffnungssensor zum Erfassen der Gaspedalöffnung, ein Motorgeschwindigkeitssensor zum Erfassen der Motorgeschwindigkeit bzw. der Motordrehzahl in Umdrehungen pro Minute und des Kurbelwellenwinkels, ein Kühlmitteltemperatursensor zum Erfassen der Motorkühlmitteltemperatur und ein Drucksensor 58 für die gemeinsame Druckleitung zum Erfassen des Drucks der gemeinsamen Druckleitung sind mit der ECU 13 verbunden. Die ECU 13 ist mit einer "Ladungs/Entladungs-Steuerfunktion (Piezoeinspritzersteuerfunktion)" zum Steuern des Kraftstoffeinspritzungsbetriebs des Piezoeinspritzers 1 und einer "SCV-Steuerfunktion" zum Steuern des Öffnens des SCV 24 ausgerüstet.
Die Ladungs/Entladungs-Steuerfunktion ist eine Funktion zum Steuern des Ladens/Entladens zu dem Piezostapel 4 mit der zeitlichen Steuerung, die mit der aktuellen Fahrbedingung übereinstimmt, und berechnet einen "Einspritzungsmodus", wie z. B. eine einzige Einspritzung oder mehrere Einspritzungen, einen "Einspritzungsstartzeitpunkt" für jede Einspritzung und eine "Einspritzungszeit (Einspritzungsmenge)" für jede Einspritzung basierend auf einem vorgeladenen Programm und verschiedenen Sensorsignalen (Motorparametern), die in die Steuerung 2 gelesen sind, und steuert das Laden und das Entladen des Piezostapels 4 basierend auf dem so berechneten Einspritzungsmodus, dem Einspritzungsstartzeitpunkt und der Einspritzungszeit. Die Ladungs/Entladungs-Steuerfunktion ist insbesondere durch ein Steuerprogramm implementiert, das den "Ladungsstartzeitpunkt" zum Starten der Einspritzung bei dem Einspritzungsstartzeitpunkt bestimmt, während dasselbe ferner den "Entladungsstartzeitpunkt" aus der Einspritzungszeit (der Einspritzungsmenge) bestimmt, und einer Ladungs/Entladungs-Schaltung 61 in der EDU 14 ein "Einspritzungssignal TQ" zuführt, das von dem Ladungsstartzeitpunkt zu dem Entladungsstartzeitpunkt dauert.
Die SCV-Steuerfunktion ist durch ein Steuerprogramm implementiert, das den Zieldruck der gemeinsamen Druckleitung bestimmt, der für die aktuelle Fahrzeugfahrbedingung geeignet ist, die SCV-Öffnung berechnet, mit der der tatsächliche Druck der gemeinsamen Druckleitung, der durch den Drucksensor 58 der gemeinsamen Druckleitung erfasst wird, gleich dem Zieldruck der gemeinsamen Druckleitung wird, und das so berechnete "Ventilöffnungssignal (beispielsweise ein PWM-Signal)" dem SCV 24 zuführt.
Die Ladungs/Entladungs-Schaltung 61 ist unter Bezugnahme auf 7 beschrieben, die ein Beispiel der Ladungs-/Entladungs-Schaltung 61 für den Piezostapel 4 zeigt. Die Ladungs/Entladungs-Schaltung 61 weist eine Gleichleistungszufuhr (DC-Zufuhr) bzw. Gleichleistungsversorgung 62, einen Ladungsschalter 63 zum Laden des Piezostapels 4, einen Entladungsschalter 60 zum Entladen des Piezostapels 4, einen Auswahlschalter 65 zum Auswählen des zu ladenden oder zu entladenden Piezostapels 4, eine Energiesammelspule 66 und eine Mehrzahl von Freilaufdioden 67 auf.
Die Gleichleistungsversorgung 62 weist einen Gleich/Gleich- (DC/DC-) Wandler 69 zum Erzeugen einer Gleichspannung für mehrere zehn bis mehrere hunderte Volt aus einer im Fahrzeug angebrachten Batterie 68 und einen Pufferkondensator 71, der zu dem Gleich/Gleich-Wandler 69 parallel geschaltet ist, auf. Der Pufferkondensator 71 weist eine relativ große Kapazität auf, derart, dass ein konstanter Spannungswert während des Ladens zu dem Piezostapel 4 beibehalten wird.
Der Ladungsschalter 63 wird basierend auf einem Ladungssignal (dem Ein-Zustand des Einspritzungssignals TQ, das von der ECU 13 zugeführt wird, ein- und ausgesteuert. Der Entladungsschalter 64 wird basierend auf einem Entladungssignal (dem Aus-Zustand des Einspritzungssignals TQ, das von der ECU 13 zugeführt wird, ein- und ausgesteuert. Der Auswahlschalter 65 wird ebenfalls durch die ECU 13 ein- und ausgesteuert. Der Ladungsschalter 63, der Entladungsschalter 64 und der Auswahlschalter 65 können jeweils aus einem mechanischen Relaisschalter oder aus einer Halbleiterschaltvorrichtung, wie z. B. einem MOSFET, aufgebaut sein. Die Energiesammelspule 66 ist in einer Erregungsleitung zum elektrischen Verbinden der Gleichleistungsversorgung 62 mit den jeweiligen Piezostapeln 4 eingefügt und speichert die elektrische Energie, die durch die Erregungsleitung fließt.
Eine Temperaturkompensationsschaltung 72 ist als nächstes beschrieben. Die Ladungs/Entladungs-Schaltung 61 ist mit der Temperaturkompensationsschaltung 72 versehen, um sicherzustellen, dass eine vorbestimmte Menge von Energie in dem Piezostapel 4 durch einen Ladungsbetrieb trotz Variationen hinsichtlich der Temperatur etc. gespeichert ist. Ein Beispiel der Temperaturkompensationsschaltung 72 ist in 8 gezeigt. Die Temperaturkompensationsschaltung 72 weist eine Integriereinrichtung zum Integrieren des Werts der Spannung, die an den Piezostapel 4 angelegt ist, auf, und verursacht, dass das Laden zu dem Piezostapel 4 endet, wenn der integrierte Wert einen vorbestimmten Wert erreicht.
Die Integriereinrichtung weist eine Überwachungseinrichtung 75 unter Verwendung eines festen Widerstandes 73 und eines variablen Widerstands 74 zum Lesen des Ladungsspannungwerts des Piezostapels 4, eine Spannungs/Strom-Umwandlungseinrichtung 76 zum Umwandeln des Spannungswerts, der durch die Überwachungseinrichtung 75 gelesen wird, in einen elektrischen Stromwert, und einen Referenzkondensator bzw. Bezugskondensator 77, der durch den Ausgangsstrom der Spannungs/Strom-Umwandlungseinrichtung 76 geladen wird, auf. Der Bezugskondensator 77 ist beispielsweise aus einem Kondensator von 5 bis 12μF mit ausgezeichneten Temperaturcharakteristika gebildet.
Die Temperaturkompensationsschaltung 72 weist ferner einen Komparator 79 auf, der ein "hohes" Signal ausgibt, wenn die Spannung, die in den Bezugskondensator 77 geladen ist, einen Wert (eine Zielladungsspannung) erreicht, die durch eine Bezugsspannung 78 voreingestellt ist, und verursacht, dass das Laden zu dem Piezostapel 4 basierend auf dem Ausgangssignal des Komparators 79 endet. Das heißt, die Temperaturkompensationsschaltung 72 wandelt die Spannung, die an den Piezostapel 4 angelegt ist, in einen elektrischen Strom um, integriert denselben hinsichtlich der Zeit und verursacht, dass das Laden zu dem Piezostapel 4 endet, wenn der Integrationswert einen vorbestimmten Wert erreicht, d. h., wenn die Ladungsspannung des Piezostapels 4 die Zielladungsspannung erreicht.
Der Grundbetrieb zum Laden des Piezostapels 4 ist unter Bezugnahme auf 9 beschrieben. Wenn das Einspritzungssignal TQ an die Ladungs/Entladungs-Schaltung 61 von der ECU 13 angelegt ist (TQ = ein), zykliert der Ladungsschalter 63 auf die folgende Art und Weise ein und aus. Der Ladungsschalter 63 wird zuerst eingeschaltet. Darauf wird die hohe Spannung, die in dem Pufferkondensator 71 gespeichert ist, dem Piezostapel 4 über den Ladungsschalter 63 und die Energiesammelspule 66 zugeführt, wie es durch eine durchgezogene Linie A1 in 9 gezeigt ist. Zu diesem Zeitpunkt wird der Piezostapel 4 geladen, während gleichzeitig Energie in der Energiesammelspule 46 gespeichert wird. Der Erregerstromwert des Piezostapels 4 wird über wacht, und wenn der Erregerstromwert des Piezostapels 4 einen vorbestimmten Stromwert (beispielsweise 12(A)) erreicht, dann wird der Ladungsschalter 63 ausgeschaltet.
Wenn der Ladungsschalter 63 ausgeschaltet ist, resultiert die durch eine durchgezogene Linie A2 in 9 gezeigte Bedingung. Das heißt, die Energie, die in der Energiesammelspule 66 gespeichert ist, wird weiter dem Piezostapel 5 über die Freilaufdiode 67 zugeführt, so dass der Piezostapel 4 weiter geladen wird. Wenn der überwachte Erregerstromwert des Piezostapels 4 auf einen vorbestimmten Stromwert (beispielsweise 10(A)) abfällt, wird der Ladungsschalter 63 wieder eingeschaltet, wodurch die Bedingung, die durch die durchgezogene Linie A1 in 9 gezeigt ist, wieder eingenommen wird. Danach wird der Ein-Aus-Betrieb des Ladungsschalters 63 wiederholt. Mit diesem Betrieb wird der Piezostapel 4 geladen.
Mit dem vorhergehenden Ladebetrieb steigt die Ladungsspannung (der Integrationswert) des Bezugskondensators 77. Wenn diese Ladungsspannung (Integrationswert) die voreingestellte Zielladungsspannung (Bezugswert) erreicht, gibt der Komparator 79 ein "hohes" Signal aus. Darauf schaltet die Ladungs/Entladungs-Schaltung 61 den Ladungsschalter 63 aus, und das Laden zu dem Piezostapel 4 endet daher. Der Wert (Zielladungsspannung) zum Beenden des Ladens ist gemäß der Kapazität des Bezugskondensators 77, dem eingestellten Wert des variablen Widerstands bei der Überwachungseinrichtung und dem eingestellten Wert der Bezugsspannung 78 geeignet eingestellt.
Der Grundbetrieb zum Entladen des Piezostapels 4 ist unter Bezugnahme auf 9 beschrieben. Wenn das Einspritzungssignal TQ, das an die Ladungs/Entladungs-Schaltung 61 von der ECU 13 angelegt ist, stoppt (TQ ist aus), zykliert der Entladungsschalter 64 auf die folgende Art und Weise ein und aus. Der Entladungsschalter 64 ist zuerst eingeschaltet. Darauf fließt die Spannung, die in dem Piezostapel 4 gespeichert ist, durch die Energiesammelspule 66 und den Entladungsschalter 64, wie es durch eine gestrichelte Linie B1 in 9 gezeigt ist; d. h., die elektrische Energie; die in dem Piezostapel 4 gespeichert ist, wird zu der Energiesammelspule 66 transportiert, und die Entladung des Piezostapels 4 schreitet fort. Der elektrische Stromwert des Piezosta pels 4 wird überwacht, und, wenn der elektrische Stromwert des Piezostapels 4 einen vorbestimmten Stromwert (beispielsweise 12(A)) erreicht, wird der Entladungsschalter 64 ausgeschaltet.
Wenn der Entladungsschalter 64 ausgeschaltet ist, resultiert die durch eine gestrichelte Linie B2 in 9 gezeigte Bedingung. Das heißt, die Energie, die in der Energiesammelspule 66 gespeichert ist, wird zu dem Pufferkondensator 71 über die Freilaufdiode 67 zurückgespeist. Wenn der überwachte elektrische Stromwert des Piezostapels 4 auf einen vorbestimmten Stromwert (beispielsweise 10(A)) abfällt, wird der Entladungsschalter 64 wieder eingeschaltet, wodurch die in 9 durch die gestrichelte Linie B1 gezeigte Bedingung wieder eingenommen wird. Danach wird der Ein-Aus-Betrieb des Entladungsschalters 64 wiederholt. Mit diesem Betrieb wird der Piezostapel 4 entladen.
Eine Entladungstemperaturkompensationsschaltung ähnlich zu der Ladungstemperaturkompensationsschaltung 72, wie in 8 gezeigt ist, ist in der Ladungs/Entladungs-Schaltung 61 vorgesehen, um sicherzustellen, dass, wenn eine vorbestimmte Menge von elektrischer Energie von dem Piezostapel 4 gezogen wird, das Entladen des Piezostapels 4 ungeachtet dessen endet, ob die Last des Piezostapels 4 aufgrund von Variation hinsichtlich der Temperatur etc. variiert.
Bei dem Fall einer Kraftstoffeinspritzungsvorrichtung, bei der die vorliegende Erfindung nicht angewendet ist, ist die Vorrichtung lediglich entworfen, um die Einspritzung zu starten, wenn der Zieleinspritzungszeitpunkt erreicht wird, und die Spannungsanstiegszeit t, die von dem Moment, zu dem das Laden zu dem Piezostapel 4 gestartet wird, bis der Piezostapel 4 auf die Zielladungsspannung aufgeladen ist, dauert, wird nicht berücksichtigt. Wie im vorhergehenden beschrieben ist, existiert hier, da die Struktur derart ist, dass das Treibbauglied 5 gegen den Piezostapel 4 gedrückt wird, eine kombinierte Resonanzperiode T zwischen dem Piezostapel 4 und dem Treibbauglied 5. Als ein Resultat wird bei einer idealen (imaginären) Bedingung, bei der äußere Lasten, wie z. B. eine Reibung, nicht an den Piezostapel 4 oder das Treibbauglied 5 angelegt sind, die nach rechts ansteigende Steigung der Last, die mit der kombinierten Resonanzperiode T variiert (die nach rechts ansteigende Steigung der Resonanzfrequenz), zu dem Zeitpunkt 0,5T± 0,1T am größten. In jedem Zeitdiagramm zeigt das Bezugszeichen A die Änderung der Ladungsspannung, und das Bezugszeichen B zeigt die Änderung der Last, die der Piezostapel 4 erzeugt.
Wenn hier die Spannungsanstiegszeit t nicht berücksichtigt wird, können Fälle auftreten, bei denen, nachdem das Laden zu dem Piezostapel 4 gestartet ist, das Ende der Spannungsanstiegszeit t zu dem Zeitpunkt 0,5T±0,1T erreicht ist. Bei solchen Fällen stoppt die Versetzung, die in der Ausdehnungsrichtung aufgrund des Piezostapels 4 und des Treibbauglieds 5 auftritt, aufgrund der Anwesenheit der kombinierten Resonanz nicht, und die Ausdehnungslast vergrößert sich weiter, was zu dem Auftreten einer hohen Last (einer Spitzenlast aufgrund eines Überschwingens) führt, selbst wenn die Ladungsspannung die Zielladungsspannung erreicht hat und die Spannung das Ansteigen gestoppt hat. Danach treten Senken und Spitzen mit der kombinierten Resonanzperiode T wiederholt auf. Da solche Ausdehnungs- und Zusammenziehungs-Kräfte direkt an den Piezostapel 4 angelegt sind, kann der Piezostapel 4 schließlich beschädigt werden.
Selbst wenn ferner der Endzeitpunkt der Spannungsanstiegszeit t nicht bei 0,5T±0,1T ist, wenn die Spannungsanstiegszeit t innerhalb von 0,4T ist, wird die Spannungsanstiegssteigung (die Steigung, die die Ladungsspannungsanstiegsgeschwindigkeit definiert) extrem steil, wobei als ein Resultat desselben die Lastanstiegssteigung ebenfalls extrem steil wird. Selbst wenn folglich die Ladungsspannung die Zielladungsspannung erreicht hat, und die Spannung das Ansteigen gestoppt hat, stoppt die Versetzung, die in der Ausdehnungsrichtung aufgrund des Piezostapels 4 und des Treibbauglieds 5 auftritt, nicht, und, wie im Vorhergehenden beschrieben ist, vergrößert sich die Ausdehnungslast weiter, was zu dem Auftreten einer hohen Last (einer Spitzenlast aufgrund des Überschwingens) führt. Danach treten Senken und Spitzen mit der kombinierten Resonanzperiode T wiederholt auf. Da eine solche Ausdehnungs- und eine solche Zusammenziehungs-Kraft an den Piezostapel 4 direkt angelegt sind, kann der Piezostapel 4 schließlich beschädigt werden.
Um das vorhergehende Problem zu lösen, führt die Steuerung 2 des ersten Ausführungsbeispiels zum Steuern des Ladens und des Entladens des Piezostapels 4 eine erste Spannungsanstiegssteuerung durch, die die Beziehung 0,6T≤t erfüllt, wobei t die Spannungsanstiegszeit ist, die von dem Moment, zu dem das Laden zu dem Piezostapel 4 eingeleitet wird, bis der Piezostapel 4 auf die Zielladungsspannung aufgeladen ist, dauert, und T die kombinierte Resonanzperiode des Piezostapels 4 und des Treibbauglieds 5 ist. Das heißt, wenn der Reziprokwert der kombinierten Resonanzperiode T des Piezostapels 4 und des Treibbauglieds 5 beispielsweise 13,5 kHz ist, steuert die erste Spannungsanstiegssteuerung die Spannungsanstiegszeit t auf 74,1 μs × 0,6 oder länger, da sich 13,5 kHz in 74,1 μs übersetzt.
Die folgenden drei Beispiele sind als spezifische Verfahren gezeigt, die zum Steuern der Spannungsanstiegszeit t auf 0,6T oder länger verwendet werden.

(1) Die Spannungsanstiegszeit t wird gleich oder länger als 0,6T gemacht, indem Einstellungen, wie z. B. das Vergrößern der Induktivität/Kapazität der Energiesammelspule 66 vorgenommen werden.
(2) Wenn der Piezostapel 4 geladen wird, wird die Spannungsanstiegszeit t durch Reduzieren des vorbestimmten Stromwertes, bei dem der Ladungsschalter 63 ausgeschaltet wird, nachdem der Ladungsschalter 63 eingeschaltet wird, gleich oder länger als 0,6T gemacht (beispielsweise wird der vorbestimmte Stromwert, bei dem der Ladungsschalter 63 während des Ladens ausgeschaltet wird, von 12(A) auf 10(A) reduziert).
(3) Wenn der Piezostapel 4 geladen wird, wird die Spannungsanstiegszeit t durch Reduzieren des vorbestimmten Stromwerts, bei dem der Ladungsschalter 63 eingeschaltet wird, nachdem der Ladungsschalter 63 ausgeschaltet wird, gleich oder länger als 0,6T gemacht (beispielsweise wird der vorbestimmte Stromwert, bei dem der Ladungsschalter 63 während des Ladens eingeschaltet ist, von 10(A) auf 8(A) reduziert).

Die vorhergehenden Verfahren (2) und (3) zielen darauf ab, die Spannungsanstiegsgeschwindigkeit zu reduzieren, indem die Aus-Zeit des Ladungsschalters 63 länger gemacht wird. Durch einzelnes oder in einer passenden Kombination Verwenden eines der vorhergehenden Verfahren (1) bis (3) wird die Spannungsanstiegszeit t gleich oder länger als 0,6T gemacht, wie es durch die gestrichelte Linie A in 1B und 1C gezeigt ist. Auf diese Weise wird die Spannungsanstiegssteigung kurz vor dem Ende der Spannungsanstiegszeit t sanft, während verhindert wird, dass der Zeitpunkt, zu dem das Spannungsladen zu dem Piezostapel 4 endet (das Ende der Spannungsanstiegszeit t) mit dem Zeitpunkt, zu dem die nach rechts ansteigende Steigung der Last, die mit der kombinierten Resonanzperiode T variiert, am größten wird, überlappt.
Gemäß der Kraftstoffeinspritzungsvorrichtung des ersten Ausführungsbeispiels überlappt der Zeitpunkt, zu dem das Spannungsladen endet, nicht mit dem Zeitpunkt, zu dem die nach rechts ansteigende Steigung der Last, die mit der kombinierten Resonanzperiode T variiert, am größten wird, sowie die Spannungsanstiegszeit t gleich oder länger als 0,6T gemacht wird. Das Machen der Spannungsanstiegszeit t gleich oder länger als 0,6T besitzt die Wirkung des Entspannens der Spannungsanstiegssteigung. Als ein Resultat kann die hohe Last (eine Spitze aufgrund des Überschwingens), die in dem Piezostapel 4 auftritt, nachdem die Ladungsspannung die Zielladungsspannung erreicht hat, unterdrückt werden, und gleichzeitig können ferner eine Ausdehnungs- und eine Zusammenziehungs-Kraft, die danach wiederholt auftreten, ebenfalls unterdrückt werden.
Als spezifische Beispiele zeigt 1B die Lastvariation, die in dem Piezostapel 4 auftritt, wenn die Spannungsanstiegszeit t 1,0T (d. h. t = T) ist, und 1C zeigt die Lastvariation, die in dem Piezostapel 4 auftritt, wenn die Spannungsanstiegszeit t gleich 1,5T (d. h. t = 1,5T) ist.
Bei dem Fall von t = T, der in 1B gezeigt ist, fällt die Zeit, zu der die Ladungsspannung den Zielladungsspannungswert erreicht und das Spannungsladen endet mit der Zeit zusammen, bei der die Versetzung in der Ausdehnungsrichtung aufgrund der kombinierten Resonanzperiode T des Piezostapels 4 und des Treibbauglieds 5 stoppt. Das heißt, wenn das Ende der Spannungsanstiegszeit t erreicht ist, erreicht die Last, die mit der kombinierten Resonanzperiode T variiert, den obersten Totpunkt bzw. die obere genaue Mitte. Diese dient dazu, die Ausdehnungs- und die Zusammenziehungs-Kraft, die auftreten, nachdem die Ladungsspannung die Zielladungsspannung erreicht hat, zu unterdrücken.
Bei dem in 1C gezeigten Fall von t = 1,5T wird die nach rechts ansteigende Steigung der Last, die mit der kombinierten Resonanzperiode T variiert, am größten, wenn die Ladungsspannung den Zielladungsspannungswert erreicht und das Spannungsladen endet. Da sich jedoch die Spannungsanstiegszeit t auf 1,5T vergrößert, und die Spannungsanstiegssteigung (die Steigung, die die Ladungsspannungsanstiegsgeschwindigkeit definiert) sanft ist, wird die nach rechts ansteigende Steigung der Sinuswelle, die mit jeder kombinierten Resonanzperiode T variiert, im Vergleich zu dem Fall sanft, bei dem die Spannungsanstiegszeit t 0,5T ist. Als ein Resultat kann die Ausdehnungs- und die Zusammenziehungs-Kraft, die auftritt, nachdem die Ladungsspannung die Zielladungsspannung erreicht hat, im Vergleich zu dem Fall gut unterdrückt werden, bei dem die Spannungsanstiegszeit t 0,5T ist.
Auf diese Weise verbessert sich gemäß der Kraftstoffeinspritzungsvorrichtung des ersten Ausführungsbeispiels die Langzeitzuverlässigkeit des Piezostapels 4, was dazu dient, die Haltbarkeit des Piezoeinspritzers 1 zu vergrößern und die Zuverlässigkeit der Kraftstoffeinspritzungsvorrichtung zu steigern, da die Ausdehnungs- und die Zusammenziehungs-Kraft, die in dem Piezostapel 4 auftreten, unterdrückt werden können.
(2. Ausführungsbeispiel)
Ein zweites Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung ist im Folgenden unter Bezugnahme auf 10A und 10B beschrieben. Bei jedem im folgenden angegebenen Ausführungsbeispiel zeigen die gleichen Bezugszeichen wie dieselben bei dem ersten Ausführungsbeispiel, Teile, die die gleichen Funktionen besitzen. Das erste im Vorhergehenden beschriebene Ausführungsbeispiel zeigt Beispiele, bei denen die Ausdehnungs- und die Zusammenziehungs-Kraft, die auftreten, nachdem die Ladungsspannung den Zielladungsspannungwert erreicht hat, durch Machen der Spannungsanstiegszeit t gleich oder länger als 0,6T unterdrückt werden. Im Gegensatz dazu zielt das zweite Ausführungsbeispiel darauf ab, die Ausdehnungs- und Zusammenziehungs-Kräfte, die Auftreten, nachdem die Ladungsspannung die Zielladungsspannung erreicht hat, zu unterdrücken, selbst wenn die Spannungsanstiegszeit t kürzer als 0,6T ist.
Die Steuerung 2 des zweiten Ausführungsbeispiels führt eine zweite Spannungsanstiegssteuerung durch, bei der, wenn 0,25T ≤ t ≤ 0,6T ist, die Durchschnittsspannungsanstiegsgeschwindigkeit während der Zeitdauer von 0,5t bis lt langsamer als die Durchschnittsspannungsanstiegsgeschwindigkeit während der Periode von der Einleitung des Ladens zu dem Piezostapel 4 auf 0,5t gemacht wird. Das heißt, die Spannungsanstiegsgeschwindigkeit unmittelbar vor dem Erreichen des Endes der Spannungsanstiegszeit t wird langsamer gemacht. Ein spezifisches Beispiel ist unter Bezugnahme auf 10B beschrieben. Bei diesem Beispiel ist t = 0,5T, die Spannungsanstiegssteigung von 0,4 bis 0,5T wird jedoch weniger steil als die Spannungsanstiegssteigung von 0 bis 0,4T gemacht.
Die folgenden zwei Beispiele sind als spezifische Verfahren gezeigt, die zum Reduzieren der Spannungsanstiegsgeschwindigkeit während der Periode unmittelbar vor dem Ende des Spannungsladens verwendet werden.

(1) Wenn der Piezostapel 4 geladen wird, wird die Spannungsanstiegsgeschwindigkeit für die Periode unmittelbar vor dem Ende des Spannungsladens durch Reduzieren des vorbestimmten Spannungswerts, bei dem der Ladungsschalter 63 ausgeschaltet wird, nachdem der Ladungsschalter 63 eingeschaltet wird, langsamer gemacht (beispielsweise wird der vorbestimmte Stromwert, bei dem der Ladungsschalter 63 während des Ladens ausgeschaltet wird, von 12(A) auf 10(A) reduziert).
(2) Wenn der Piezostapel 4 geladen wird, wird die Spannungsanstiegsgeschwindigkeit für die Periode unmittelbar vor dem Ende des Spannungsladens durch Reduzieren des vorbestimmten Stromwerts, bei dem der Ladungsschalter 63 eingeschaltet wird, nachdem der Ladungsschalter 63 ausgeschaltet wird, langsamer gemacht (beispielsweise wird der vorbestimmte Stromwert, bei dem der Ladungsschalter 63 während des Ladens eingeschaltet wird, von 10(A) auf 8(A) reduziert).

Die vorhergehenden Verfahren (1) und (2) zielen darauf ab, die Spannungsanstiegsgeschwindigkeit zu reduzieren, indem die Aus-Zeit des Ladungsschalters 63 länger gemacht wird. Durch Verwenden von entweder den vorhergehenden Verfahren (1) und (2) oder einer Kombination derselben kann die Spannungsanstiegsgeschwindigkeit während der Periode unmittelbar vor dem Ende des Spannungsladens langsamer gemacht werden, wie es durch die durchgezogene Linie A in der Figur gezeigt ist.
Mit der vorhergehenden Anordnung wird die Spannungsanstiegssteigung bei dem Ende der Spannungsanstiegszeit t sanft, selbst wenn der Endzeitpunkt der Spannungsanstiegszeit t 0,5T±0,1T ist, oder wenn die Spannungsanstiegszeit t innerhalb von 0,4T ist. Als ein Resultat kann die hohe Last (eine Spitze aufgrund des Überschwingens), die, nachdem die Ladungsspannung die Zielladungsspannung erreicht hat, auftritt, unterdrückt werden, und gleichzeitig können danach wiederholt auftretende Spitzen und Senken ebenfalls unterdrückt werden. Auf diese Weise ist die Langzeitzuverlässigkeit des Piezostapels 4 verbessert, was dazu dient, die Haltbarkeit des Piezoeinspritzers 1 zu vergrößern und die Zuverlässigkeit der Kraftstoffeinspritzungsvorrichtung zu steigern, da die Ausdehnungs- und die Zusammenziehungs-Kraft, die in dem Piezostapel 4 auftreten, unterdrückt werden können.
(Drittes Ausführungsbeispiel)
Ein drittes Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung ist im Folgenden unter Bezugnahme auf die 11 und 12 beschrieben. Der Piezostapel 4 und das Treibbauglied 5 sind äußeren Lasten, wie z. B. einer Reibung während der Ausdehnung, ausgesetzt. Wenn das Laden gestartet wird, beginnt der Piezostapel 4 eine Ausdehnungslast zu erzeugen. Nachdem der Piezostapel 4 beginnt, sich auszudehnen, erreicht die Ausdehnungslast ein Maximum in dem Augenblick, in dem sich das Treibbauglied 5 beginnt, zu bewegen. Um ein spezifisches Beispiel unter Bezugnahme auf 11 zu beschreiben, tritt eine Lastvariationsspitze in dem Piezostapel 4 in einem Zeitaugenblick 21 (μs) nach der Einleitung des Ladens zu dem Piezostapel 4 auf. Unmittelbar nach dem Auftreten der Lastvariationsspitze tritt eine Zusammenziehung in der Richtung auf, in der sich die Ausdehnung zusammenzieht; danach treten Senken und Spitzen aufgrund des Überschwingens wiederholt auf. Als solches werden eine Ausdehnungs- und eine Zusammenziehungs-Kraft direkt an die Piezostapel 4 angelegt, wobei der Piezostapel 4 schließlich beschädigt werden kann.
Die Kraftstoffeinspritzungsvorrichtung des dritten Ausführungsbeispiels verwendet die folgende Einrichtung, um das vorhergehende Problem zu lösen. Die Steuerung 2 des dritten Ausführungsbeispiels führt eine dritte Spannungsanstiegssteuerung durch, bei der die Spannungsanstiegsgeschwindigkeit während der Periode innerhalb von ±0,1T einer Lastvariationsspitze (minimaler Wert bei der Lastspitze), die in dem Piezostapel 4 innerhalb der Spannungsanstiegszeit t von der Einleitung des Ladens zu dem Piezostapel 4 bis der Piezostapel 4 auf die Zielladungsspannung geladen ist, auftritt, langsamer als die Spannungsanstiegsgeschwindigkeit während der anderen Periode gemacht wird, und/oder die Spannungsanstiegsgeschwindigkeit während der Periode innerhalb von ±0,1T einer Lastvariationssenke (minimaler Wert bei der Lastsenke), die in dem Piezostapel 4 auftritt, schneller als die Spannungsanstiegsgeschwindigkeit während der anderen Perioden gemacht wird.
Ein spezifisches Beispiel ist unter Bezugnahme auf 12 beschrieben. In 12 ist angenommen, dass als ein Beispiel die kombinierte Resonanzperiode T des Piezoeinspritzers 1 135,9 (μs) ist, und dass die Spannungsanstiegszeit t 150 (μs) ist. Nachdem das Laden zu dem Piezostapel 4 gestartet ist, tritt eine Lastvariationsspitze in dem Augenblick (21 (μs)) auf, in dem sich das Treibbauglied beginnt, zu bewegen, und danach treten mehrere Resonanzen auf, die eine Ausdehnungs- und eine Zusammenziehungs-Kraft erzeugen. Eine Spitzenlast aufgrund der kombinierten Resonanzperiode T wird ferner in der Nähe von 135,9 μs erzeugt.
Die Steuerung 2 führt dann eine Steuerung durch, um die Spannungsanstiegsgeschwindigkeit in der Periode innerhalb von ±0,1T des Auftretens der Spitze langsamer als die Spannungsanstiegsgeschwindigkeit in den anderen Perioden zu machen und/oder die Spannungsanstiegsgeschwindigkeit in der Periode innerhalb von ±0,1T des Auftretens der Senke schneller als die Spannungsanstiegsgeschwindigkeit in den anderen Perioden zu machen. Eine Beschreibung von spezifischen Verfahren zum Langsamermachen der Spannungsanstiegsgeschwindigkeit in der Periode innerhalb von ±0,1T des Auftretens der Spitze als die Spannungsanstiegsgeschwindigkeit in den anderen Perioden und/oder zu Schnellermachen der Spannungsanstiegsgeschwindigkeit in der Periode innerhalb von ±0,1T des Auftretens der Senke als die Spannungsanstiegsgeschwindigkeit in den anderen Perioden ist angegeben. Spitzen und Senken, die während des Ladens zu dem Piezostapel 4 auftreten, hängen von dem Entwurf des Piezoeinspritzers 1 ab, und die Spitzen- und Senken-Auftrittszeiten können beispielsweise durch Lesen der Daten im Voraus vorhergesagt werden. Dann werden die Spitzen- und Senken-Auftrittszeiten zu einer Abbildung bzw. Tabelle oder dergleichen in der ECU 13 geschrieben, und die Steuerung zum Langsamermachen der Spannungsanstiegsgeschwindigkeit in der Periode innerhalb von ±0,1T des Auftretens der Spitze als die Spannungsanstiegsgeschwindigkeit in den anderen Perioden und die Steuerung zum Schnellermachen der Spannungsanstiegsgeschwindigkeit in der Periode innerhalb von ±0,1T des Auftretens der Senke als die Spannungsanstiegsgeschwindigkeit in den anderen Perioden werden nach dem Start des Ladens durchgeführt.
Die folgenden zwei Beispiele sind als spezifische Verfahren gezeigt, die zum anders Einstellen der Spannungsanstiegsgeschwindigkeit in der Periode innerhalb von ±0,1T des Auftretens der Spitze oder der Senke als die Spannungsanstiegsgeschwindigkeit in den anderen Perioden verwendet wird.

(1) Wenn der Piezostapel 4 geladen wird, wird die Spannungsanstiegsgeschwindigkeit für die Periode innerhalb von ±0,1T des Auftretens der Spitze durch Reduzieren des vorbestimmten Stromwerts, bei dem der Ladungsschalter 63 ausgeschaltet wird, nachdem der Ladungsschalter 63 eingeschaltet wird, langsamer gemacht (beispielsweise wird der vorbestimmte Stromwert, bei dem der Ladungsschalter 63 während des Ladens eingeschaltet wird, von 12(A: Ampere) auf 10(A) reduziert). Die Spannungsanstiegsgeschwindigkeit wird für die Periode innerhalb von ±0,1T des Auftretens der Senke durch Vergrößern des vorbestimmten Stromwerts, bei dem der Ladungsschalter 63 ausgeschaltet wird, nachdem der Ladungsschalter 63 eingeschaltet wird, schneller gemacht (beispielsweise wird der vorbestimmte Stromwert, bei dem der Ladungsschalter 63 während des Ladens ausgeschaltet wird, von 12(A) auf 14(A) vergrößert).
(2) Wenn der Piezostapel 4 geladen wird, wird die Spannungsanstiegsgeschwindigkeit für die Periode innerhalb von ±0,1T des Auftretens der Spitze durch Reduzieren des vorbestimmten Stromwerts, bei dem der Ladungsschalter 63 eingeschaltet wird, nachdem der Ladungsschalter 63 ausgeschaltet wird, langsamer gemacht (beispielsweise wird der vorbestimmte Stromwert, bei dem der Ladungsschalter 63 während des Ladens eingeschaltet wird, von 10(A) auf 8(A) reduziert). Die Spannungsanstiegsgeschwindigkeit wird für die Periode innerhalb von ±0,1T des Auftretens der Senke durch Vergrößern des vorbestimmten Stromwerts, bei dem der Ladungsschalter 63 eingeschaltet wird, nachdem der Ladungsschalter 63 ausgeschaltet wird, schneller gemacht (beispielsweise wird der vorbestimmte Stromwert, bei dem der Ladungsschalter 63 während des Ladens eingeschaltet wird, von 10(A) auf 11(A) vergrößert).

Die vorhergehenden Verfahren (1) und (2) zielen darauf ab, die Spannungsanstiegsgeschwindigkeit zu reduzieren, indem die Aus-Zeit des Ladungsschalters 63 länger gemacht wird, und die Spannungsanstiegsgeschwindigkeit zu vergrößern, indem die Ein-Zeit des Ladungsschalters 63 länger gemacht wird. Unter Verwendung von entwe der einem der vorhergehenden Verfahren (1) und (2) oder eine Kombination derselben kann die Spannungsanstiegsgeschwindigkeit in der Periode innerhalb von ±0,1T des Auftretens der Spitze langsamer als die Spannungsanstiegsgeschwindigkeit in den anderen Perioden gemacht werden, wie es durch eine durchgezogene Linie A in 12 gezeigt ist. Die Spannungsanstiegsgeschwindigkeit in der Periode innerhalb von ±0,1T des Auftretens der Senke kann ferner schneller als die Spannungsanstiegsgeschwindigkeit in den anderen Perioden gemacht werden.
Das dritte Ausführungsbeispiel zeigt Beispiele, bei denen die Spannungsanstiegsgeschwindigkeit basierend auf den Werten (Spitzen- und Senken-Auftrittszeiten), die zu der Abbildung geschrieben sind, reduziert wird, die Last, die durch den Piezostapel 4 erzeugt wird, jedoch alternativ unter Verwendung eines Lastsensors oder dergleichen erfasst werden kann, und die Spannungsanstiegsgeschwindigkeit durch eine Rückkopplung basierend auf der erzeugten Last korrigiert werden kann.
Bei dem dritten Ausführungsbeispiel können die Spitzenlast, die in dem Augenblick auftritt, in dem sich das Treibbauglied 5 beginnt, zu bewegen, und die Senken- und Spitzen-Lasten, die danach auftreten, unterdrückt werden, da die Spannungsanstiegsgeschwindigkeit unter Verwendung der im Vorhergehenden beschriebenen Verfahren vor und nach einer Spitze langsamer gemacht wird und/oder die Spannungsanstiegsgeschwindigkeit vor und nach einer Senke schneller gemacht wird. Als ein Resultat ist die Langzeitzuverlässigkeit des Piezostabes 4 verbessert, was dazu dient die Haltbarkeit des Piezoeinspritzers 1 zu vergrößern und die Zuverlässigkeit der Kraftstoffeinspritzungsvorrichtung zu steigern.
(Viertes Ausführungsbeispiel)
Ein viertes Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung ist im Folgenden unter Bezugnahme auf 13 beschrieben. Das dritte Ausführungsbeispiel, das im Vorhergehenden beschrieben ist, zeigt Beispiele, bei denen das Auftreten der Ausdehnungs- und der Zusammenziehungs-Kraft unterdrückt wird, indem die Spannungsan stiegsgeschwindigkeit vor und nach einer Spitze langsamer gemacht wird, und/oder indem die Spannungsanstiegsgeschwindigkeit vor und nach einer Senke schneller gemacht wird. Im Gegensatz dazu führt die Steuerung 2 des vierten Ausführungsbeispiels eine vierte Spannungsanstiegssteuerung durch, bei der die Spannung, die während der Spannungsanstiegszeit t angelegt ist, für die Periode innerhalb von ±0,1T der Lastvariationsspitze, die in dem Piezostapel 4 auftritt reduziert wird.
Ein spezifisches Beispiel ist unter Bezugnahme auf 13 beschrieben. In 13 wird wie bei dem dritten Ausführungsbeispiel angenommen, dass die kombinierte Resonanzperiode T des Piezoeinspritzers 1 135,9 (μs) ist, und dass die Spannungsanstiegszeit t 150 μs beispielsweise ist. Nachdem das Laden zu dem Piezostapel 4 gestartet ist, tritt eine Lastvariationsspitze in dem Augenblick (21 μs) auf, zu dem das Treibbauglied 5 beginnt, sich zu bewegen, und danach treten mehrere Resonanzen auf, die eine Ausdehnungs- und eine Zusammenziehungs-Kraft erzeugen. Eine Spitzenlast aufgrund der kombinierten Resonanzperiode T wird ebenfalls in der Nähe von 135,9 (μs) erzeugt.
Die Steuerung 2 führt dann eine Steuerung durch, um die Spannung, die während der Periode innerhalb von ±0,1T des Auftretens der Spitze anzulegen ist, zu reduzieren. Ein spezifisches Verfahren zum Reduzieren der anzulegenden Spannung während der Periode innerhalb von ±0,1T des Auftretens der Spitze ist im Folgenden beschrieben.
Wie bei dem vorhergehenden dritten Ausführungsbeispiel beschrieben ist, hängen Spitzen, die während des Ladens zu dem Piezostapel 4 auftreten, von dem Entwurf des Piezoeinspritzers 1 ab, und die Spitzenauftrittszeiten können beispielsweise durch Lesen der Daten im Voraus vorhergesagt werden. Die Spitzenauftrittszeiten werden dann zu einer Abbildung bzw. Tabelle oder dergleichen in der ECU 13 geschrieben, und die Steuerung zum Reduzieren der anzulegenden Spannung während der Periode innerhalb von ±0,1T des Auftretens der Spitze wird nach dem Start des Ladens durchgeführt.
Bei einem spezifischen Beispiel des Verfahrens zum Reduzieren der anzulegenden Spannung während der Periode innerhalb von ±0,1T des Auftretens der Spitze wird der Entladungsbetrieb für die Periode innerhalb von ±0,1T des Auftretens der Spitze während des Ladens zu dem Piezostapel 4 gestoppt, und ein Entladungsbetrieb wird stattdessen durchgeführt. In dem dies durchgeführt wird, kann die Ladungsspannung des Piezostapels 4 während der Periode innerhalb von ±0,1T des Auftretens der Spitze reduziert werden.
Das vierte Ausführungsbeispiel zeigt ein Beispiel, bei dem eine Ladungsspannung basierend auf den zu der Abbildung geschriebenen Werten (Spitzenauftrittszeiten) reduziert wird, jedoch alternativ die Last, die durch den Piezostapel 4 erzeugt wird, unter Verwendung eines Lastsensors oder dergleichen erfasst werden kann, und die Ladungsspannung durch eine Rückkopplung basierend auf der erzeugten Last korrigiert werden kann.
Bei dem vierten Ausführungsbeispiel können die Spitzenlast, die in dem Augenblick auftritt, in dem sich das Treibbauglied 5 beginnt, zu bewegen, und die Spitzenlasten, die danach auftreten, unterdrückt werden, da die Ladungsspannung vor und nach einer Spitze unter Verwendung des im Vorhergehenden beschriebenen Verfahrens reduziert wird. Durch Unterdrücken der Spitzenlasten können ferner Senkenlasten, die denselben unmittelbar folgen, ebenfalls reduziert werden. Als ein Resultat ist die Langzeitzuverlässigkeit des Piezostapels 4 verbessert, was dazu dient, die Haltbarkeit des Piezoeinspritzers 1 zu vergrößern und die Zuverlässigkeit der Kraftstoffeinspritzungsvorrichtung zu steigern.
(Fünftes Ausführungsbeispiel)
sEin fünftes Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung ist im Folgenden unter Bezugnahme auf 14 beschrieben. Die Kraftstoffeinspritzungsvorrichtung kann mehrere Einspritzungen durchführen, bei denen Einspritzungen in kürzen Intervallen wiederholt werden. Um ein spezifisches Beispiel anzugeben, wie es in 14 gezeigt ist, wird eine Versuchseinspritzung mit einer kurzen Einspritzungszeit durchgeführt, und derselben folgt unmittelbar eine Haupteinspritzung mit einer langen Einspritzungszeit. Bei diesem Fall kann sich eine Resonanz, die während der Versuchseinspritzung aufgetreten ist, als eine Restresonanz in die Spannungsanstiegszeit t für die folgende Haupteinspritzung erstrecken. Wenn sich die Restresonanz in die Spannungsanstiegszeit T für die Haupteinspritzung erstreckt, wird die Lastvariation aufgrund der Restresonanz der Lastvariation aufgrund der steigenden Spannung überlagert, was zu dem Auftreten einer hohen Last führt, und der Piezostapel 4 kann schließlich beschädigt werden.
Wenn sich andererseits die Restresonanz in die Spannungsanstiegszeit t für die Haupteinspritzung erstreckt, und sich die Last vergrößert, wird der Anstiegszeitpunkt der Ausdehnungslast vorverlegt, und als ein Resultat kann der Einspritzungszeitpunkt früher auftreten. Wenn sich umgekehrt die Restresonanz in die Spannungsanstiegszeit t für die Haupteinspritzung erstreckt, und sich die Last verringert, wird die Ausdehnung des Piezostapels beschränkt, und als ein Resultat kann der Einspritzungszeitpunkt verzögert sein.
Um das vorhergehende Problem zu lösen, verwendet die Kraftstoffeinspritzungsvorrichtung des fünften Ausführungsbeispiels die folgende Einrichtung. Das heißt, die Steuerung 2 des fünften Ausführungsbeispiels führt eine fünfte Spannungsanstiegssteuerung durch, bei der eine Spannung hinsichtlich der Phase entgegengesetzt zu der Lastvariation, die aufgrund der Restresonanz innerhalb der Spannungsanstiegszeit t auftritt, an den Piezostapel 4 angelegt ist, wenn es eine Restresonanz von der vorhergehenden Einspritzung gibt. Die Steuerung wird insbesondere auf die folgende Art und Weise durchgeführt; d. h. wie es durch eine durchgezogene Linie A in 14 gezeigt ist, (1) wenn sich die der Restresonanz zugeordnete Last vergrößert, wird die Ladungsspannung des Piezostapels 4 durch beispielsweise Durchführen eines Entladungsbetriebs wie bei dem vierten Ausführungsbeispiel reduziert, und (2) wenn sich umgekehrt die der Restresonanz zugeordnete Last verringert, wird die ansteigende Steigung der Ladungsspannung des Piezostapels 4 beispielsweise durch Durchführen eines schnellen Ladens vergrößert.
Die Restresonanz, die innerhalb der Spannungsanstiegszeit t auftritt, hängt von dem Erregungsstartzeitpunkt für die Versuchseinspritzung (Voreinspritzung) und dem Entwurf des Piezoeinspritzers 1 ab und kann beispielsweise durch Lesen von Daten im Voraus vorhergesagt werden. Die ECU 13 berechnet daher basierend auf dem Erregungsstartzeitpunkt für die Versuchseinspritzung (Voreinspritzung) und den Spitzen-/Senken-Auftrittsdaten, die zu einer Abbildung oder dergleichen in der großen ECU 13 geschrieben sind, die erwartete auftretende Restresonanz innerhalb der Spannungsanstiegszeit t, und führt eine Steuerung durch, derart, dass eine Spannung, die hinsichtlich der Phase entgegengesetzt zu der Lastvariation, die innerhalb der Spannungsanstiegszeit t aufgrund der Restresonanz auftritt, ist, an den Piezostapel 4 angelegt ist.
Die Steuerung 2 des fünften Ausführungsbeispiels führt ferner eine sechste Spannungsanstiegssteuerung durch, bei der eine Spannung, die hinsichtlich der Phase zu der Lastvariation, die aufgrund der Restresonanz auftritt, entgegengesetzt ist, an den Piezostapel 4 angelegt ist, selbst nachdem die Spannungsanstiegszeit t verstrichen ist. Die Steuerung wird insbesondere auf die folgende Art und Weise durchgeführt; d. h., wie es durch eine durchgezogene Linie B in 14 gezeigt ist, es wird, nachdem die Spannungsanstiegszeit t verstrichen ist, (1) wenn sich die Last, die der Restresonanz zugeordnet ist, vergrößert, die Ladungsspannung des Piezostapels 4 beispielsweise durch Durchführen eines Entladungsbetriebs durchgeführt, und (2) wird umgekehrt, wenn sich die der Last zugeordnete Restresonanz verringert, die Ladungsspannung des Piezostapels 4 beispielsweise durch Durchführen eines Ladungsbetriebs vergrößert.
Das fünfte Ausführungsbeispiel zeigt Beispiele, bei denen der Einfluß der Restresonanz basierend auf dem Erregungsstartzeitpunkt für die Voreinspritzung und den Werten (Spitzen- und Senken-Auftrittszeiten), die zu der Abbildung gezogen sind, kompensiert wird, die Last, die durch den Piezostapel 4 erzeugt wird, kann jedoch alternativ unter Verwendung eines Lastsensors oder dergleichen erfasst werden, und die Ladungsspannung kann durch eine Rückkopplung basierend auf der erzeugten Last korrigiert werden.
Bei dem fünften Ausführungsbeispiel wird, wenn sich die Last, die der Restresonanz zugeordnet ist, vergrößert, die Spannungsanstiegssteigung durch Anlegen einer hinsichtlich der Phase entgegengesetzten Spannung gemäß dem im Vorhergehenden beschriebenen Verfahren negativ gemacht; daher wird die Lastvergrößerungsgeschwindigkeit verlangsamt und das Auftreten einer hohen Last kann unterdrückt werden. Die Langzeitzuverlässigkeit des Piezoelektrostapels 4 ist als ein Resultat verbessert, was dazu dient, die Haltbarkeit des Piezoeinspritzers 1 zu vergrößern und die Zuverlässigkeit der Kraftstoffeinspritzungsvorrichtung zu steigern.
Wenn sich andererseits die der Restresonanz zugeordnete Last innerhalb der Spannungsanstiegszeit t vergrößert, wird die Spannungsanstiegssteigung negativ gemacht, um die Lastvergrößerungsgeschwindigkeit zu verlangsamen; dies dient dazu, um das Problem zu vermeiden, dass der Einspritzungszeitpunkt früher auftritt. Wenn sich umgekehrt die der Restresonanz zugeordnete Last innerhalb der Spannungsanstiegszeit t verringert, wird die Spannungsanstiegssteigung vergrößert, wodurch eine Situation vermieden wird, bei der die Ausdehnung des Piezostapels 4 beschränkt wird; dies dient dazu, das Problem zu vermeiden, dass der Einspritzungszeitpunkt verzögert ist.
(Sechstes Ausführungsbeispiel)
Ein sechstes Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung ist unter Bezugnahme auf 15 beschrieben. Wie im Vorhergehenden bei dem dritten Ausführungsbeispiel beschrieben ist, beginnt sich der Piezostapel 4 auszudehnen und danach erreicht die Last ein Maximum in einem Augenblick, in dem sich das Tragbauglied 5 beginnt zu bewegen, wenn das Laden zu dem Piezostapel 4 gestartet wird. Da diese maximale Last direkt an den Piezostapel 4 angelegt ist, kann der Piezostapel 4 schließlich beschädigt werden.
Bei dem Piezoeinspritzer 1 des sechsten Ausführungsbeispiels ist eine erste Reibungskoeffizientenreduzierungseinrichtung 81 zum Reduzieren eines Reibungskoeffizienten in einem Abschnitt vorgesehen, bei dem das Treibbauglied 5 ein erstes ver schiebbares Trägerbauglied (Ventilkörper 41 etc.) berührt, das das Treibbauglied 5 verschiebbar trägt. Bei dem Piezoeinspritzer 1 des sechsten Ausführungsbeispiels ist ferner eine zweite Reibungskoeffizientenreduzierungseinrichtung 82 zum Reduzieren eines Reibungskoeffizienten bei einem Abschnitt vorgesehen, bei dem ein Kolben 51 mit kleinem Durchmesser ein zweites verschiebbares Trägerbauglied (Ventilkörper 41 etc.) berührt, das den Kolben 51 mit kleinem Durchmesser verschiebbar trägt, da die Leichtigkeit der Bewegung des Treibbauglieds 5 von der Leichtigkeit der Bewegung des Kolbens 51 mit kleinem Durchmesser abhängt.
Ein Beispiel der ersten und der zweiten Reibungskoeffizientenreduzierungseinrichtung 81 und 82 ist im Folgenden beschrieben. Die erste und die zweite Reibungskoeffizientenreduzierungseinrichtung 81 und 82 sind Einrichtungen zum Verbessern der Verschiebbarkeit des Treibbauglieds 5 bzw. des Kolbens 51 mit kleinem Durchmesser; dies wird durch (1) Hochglanzpolieren der Verschiebeflächen des Treibbauglieds 5 und des Kolbens 51 mit kleinem Durchmesser, (2) Hochglanzpolieren der Verschiebeflächen des ersten und des zweiten verschiebbaren Trägerbauglieds (Ventilkörper 41 etc.), (3) Abschrägen der Ecken (Kanten) des Treibbauglieds 5 und des Kolbens 51 mit kleinem Durchmesser, (4) Gleichmachen des thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Treibbauglieds 5 wie derselbe des ersten verschiebbaren Haltebauglieds (Ventilkörper 41 etc.) (beispielsweise durch Bilden derselben aus rostfreiem Stahl), um Variationen des Verschiebezwischenraums bzw. des Verschiebespiels des Kolbens 51 mit kleinem Durchmesser zu reduzieren, erreicht. Durch Verwenden eines der vorhergehenden (1) bis (5) oder durch passendes Kombinieren derselben verbessert das sechste Ausführungsbeispiel die Verschiebbarkeit des Treibbauglieds 5 und des Kolbens 51 mit kleinem Durchmesser.
Mit dem sechsten Ausführungsbeispiel wird es möglich, die Spitzenlast zu unterdrücken, die in dem Augenblick auftritt, in dem sich das Treibbauglied 5 beginnt, zu bewegen, nachdem der Piezostapel 4 begonnen hat, sich auszudehnen. Es wird ferner ebenfalls möglich, die Spitzenlast zu unterdrücken, die in dem Augenblick auftritt, indem sich der Kolben 51 mit kleinem Durchmesser beginnt, zu bewegen. Durch so Un terdrücken der an dem Piezostapel 4 angelegten Last ist die Langzeitzuverlässigkeit des Piezostapels 4 verbessert, was dazu dient, die Haltbarkeit des Piezoeinspritzers 1 zu vergrößern und die Zuverlässigkeit der Kraftstoffeinspritzungsvorrichtung zu steigern.
(Siebtes Ausführungsbeispiel)
Ein siebtes Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung ist im Folgenden unter Bezugnahme auf 16 beschrieben. Wie bei dem im Vorhergehenden beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel offenbart, entsprechen die feste Basis 56, die das obere Ende des Piezostapels 4 berührt, und das Gehäuse 34 (der Ventilkörper 41), das das obere Ende der festen Basis 56 berührt, zusammen dem festen Bauglied, das die Ausdehnung des Piezostapels 4 an der oberen Seite des Piezostapels 4 (der Seite entgegengesetzt von dem Treibbauglied 5) aufnimmt. Die feste Basis 56 und der Ventilkörper 41, der die feste Basis 56 trägt, sind jeweils aus einem Hartmetall (rostfreiem Stahl) mit einem Elastizitätsmodul von etwas 13 GPa gebildet, und sind strukturiert, um den oberen Endabschnitt des Piezostapels 4 in einer festen Position sicher zu halten.
Wenn der Piezostapel 4 elektrisch geladen wird, wird ein Ende der Ausdehnungslast, die in dem Piezostapel 4 auftritt, zu dem Treibbauglied 5 übertragen, das andere Ende der Ausdehnungslast, die in dem Piezostapel 4 auftritt, wird jedoch durch das feste Bauglied (die feste Basis 56 und den Ventilkörper 41, der die feste Basis 56 trägt) aufgenommen. Die Last, die in der Seite des Treibbauglieds 5 des Piezostapels 4 auftritt, wird erleichtert, sowie sich das Treibbauglied 5 bewegt. Bei dem oberen Ende des Piezostapels 4 wird jedoch die Last nicht nach außen freigegeben, da das obere Ende durch das feste Bauglied starr gehalten wird. Als ein Resultat sind die Piezoelemente 3 in dem oberen Abschnitt des Piezostapels 4 (insbesondere das oberste Piezoelement 3) einer großen Spannung ausgesetzt. Daher sind die Piezoelemente 3, die näher zu dem festen Bauglied sind (insbesondere das Piezoelement 3, das am nächsten zu dem festen Bauglied ist), gegenüber einer Beschädigung anfällig, und daher fällt die Langzeitzuverlässigkeit des Piezostapels 4 ab.
Um das vorhergehende Problem zu lösen, ist bei dem Piezoeinspritzer 1 des siebten Ausführungsbeispiels ein Niedersteifigkeitsabschnitt, dessen Steifigkeit niedriger als die Steifigkeit des festen Bauglieds ist, zwischen dem Piezostapel 4 und dem festen Bauglied vorgesehen, der die Ausdehnung des Piezostapels 4 aufnimmt. Bei dem siebten Ausführungsbeispiel ist insbesondere ein Niedersteifigkeitsbauglied (beispielsweise eine Kupferunterlegscheibe oder dergleichen) 83 mit einem Elastizitätsmodul von 10 GPa oder weniger als der Niedersteifigkeitsabschnitt zwischen der festen Basis 56 und dem Ventilkörper 41 positioniert. Bei dem bei dem siebten Ausführungsbeispiel gezeigten Beispiel ist das Niedersteifigkeitsbauglied 83 als der Niedersteifigkeitsabschnitt zwischen der festen Basis 56 und dem Ventilkörper 41 eingebaut, das Niedersteifigkeitsbauglied 83 kann jedoch stattdessen zwischen der festen Basis 56 und dem oberen Ende des Piezostapels 4 eingebaut sein.
Bei dem siebten Ausführungsbeispiel wird die Last, die in der festen oberen Seite des Piezostapels 4 auftritt, erleichtert, sowie sich das Niedersteifigkeitsbauglied 83 deformiert. Dies dient dazu, zu verhindern, dass eine Beschädigung an den Piezoelementen 3 in dem oberen Abschnitt des Piezostapels 4 (insbesondere dem obersten) verursacht wird, und dazu, um die Langzeitzuverlässigkeit des Piezostapels 4 zu steigern; als ein Resultat vergrößert sich die Haltbarkeit des Piezoeinspritzers 1, was die Zuverlässigkeit der Kraftstoffeinspritzungsvorrichtung steigert.
(Achtes Ausführungsbeispiel)
Ein achtes Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung ist im Folgenden unter Bezugnahme auf 17 beschrieben. Der Niedersteifigkeitsabschnitt des achten Ausführungsbeispiels ist an einer Fläche vorgesehen, bei der das feste Bauglied die Ausdehnung des Piezostapels 4 aufnimmt, und ist als eine aufgerauhte Oberfläche 84 mit einer Oberflächenrauhigkeit von 1,6 Z oder größer und einem Elastizitätsmodul von 10 GPa oder weniger gebildet. Bei dem achten Ausführungsbeispiel ist insbesondere entweder der Berührungsabschnitt des Gehäuses 34 oder der Berührungsabschnitt des festen Bauglieds, bei der das eine das andere berührt (um spezifischer zu sein, entweder der verjüngte oder der gekugelte Abschnitt 56c oder die verjüngte Fläche 57) aufgerauht, und der Abschnitt, der die feste Basis 56 trägt, ist ausgewählt, um ein Elastizitätsmodul von 10 GPa oder weniger aufzuweisen. Bei dem Beispiel von 17 ist die aufgerauhte Oberfläche 84 an dem verjüngten Abschnitt 56c vorgesehen.
Das achte Ausführungsbeispiel bietet die gleiche Wirkung, wie dieselbe, die bei dem siebten Ausführungsbeispiel erreicht wird. Da ferner keine Notwendigkeit besteht, ein getrenntes Bauglied (Niedersteifigkeitsbauglied 83) wie bei dem siebten Ausführungsbeispiel vorzusehen, kann der Piezoeinspritzer 1 einfacher zusammengebaut werden.
(Neuntes Ausführungsbeispiel)
Ein neuntes Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung ist im Folgenden unter Bezugnahme auf 18 beschrieben. 18 ist hier ein erklärendes Diagramm, das den im Folgenden beschriebenen neunten bis elften Ausführungsbeispielen gemeinsam ist. Bei dem Piezoeinspritzer 1 des neunten Ausführungsbeispiels ist das oberste Piezoelement 3a in dem Piezostapel 4 (der Piezoelemente 3, die den Piezostapel 4 bilden, wobei das Piezoelement 3 bei dem entferntesten Ende von dem Treibbauglied 5 positioniert ist) ausgewählt, um eine Struktur aufzuweisen, die eine innere Spannung im Vergleich zu dem untersten Piezoelement 3b (das bei dem zu dem Treibbauglied 5 nächsten Ende positioniert ist) reduziert. Der Durchmessser des obersten Piezoelements 3a ist insbesondere größer (in 18 nicht gezeigt) als der Durchmesser des untersten Piezoelements 3b gemacht, um die innere Spannung des obersten Piezoelements 3a zu reduzieren. Der Durchmesser des obersten Piezoelements 3a ist ferner insbesondere 3 % oder mehr größer als der Durchmesser des untersten Piezoelements 3b gemacht.
Gemäß dem neunten Ausführungsbeispiel kann verhindert werden, dass das oberste Piezoelement 3a beschädigt wird, da die Lastspannung, die auf das oberste Piezoelement 3a in dem Piezostapel 4 wirkt, durch die Anwesenheit des obersten Piezoele ments 3a mit dem größeren Durchmesser erleichtert wird. Als ein Resultat ist die Langzeitzuverlässigkeit des Piezostapels 4 verbessert, was die Haltbarkeit des Piezoeinspritzers 1 vergrößert und die Zuverlässigkeit der Kraftstoffeinspritzungsvorrichtung steigert.
(Zehntes Ausführungsbeispiel)
Ein zehntes Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung ist im Folgenden unter Bezugnahme auf 18 beschrieben. Das vorhergehende neunte Ausführungsbeispiel zeigt ein Beispiel, bei dem die innere Spannung durch Vergrößern des Durchmessers des obersten Piezoelements 3a in dem Piezostapel 4 (der Piezoelemente 3, die den Piezostapel 4 bilden, wobei das Piezoelement 3 am entferntesten Ende von dem Treibbauglied 5 positioniert ist) reduziert wird. Bei dem zehnten Ausführungsbeispiel ist im Gegensatz dazu die Dicke des obersten Piezoelements 3a bei dem Piezostapel 4 größer als die Dicke des untersten Piezoelements gemacht, um die innere Spannung des obersten Piezoelements 3a zu reduzieren. Die Dicke des obersten Piezoelements 3a ist insbesondere 3 % oder mehr größer als die Dicke des untersten Piezoelements 3b gemacht.
Gemäß dem zehnten Ausführungsbeispiel kann verhindert werden, dass das oberste Piezoelement 3a beschädigt wird, da die Lastspannung, die auf das oberste Piezoelement 3a in dem Piezostapel 4 wirkt, durch die Anwesenheit des obersten Piezoelements 3a mit dem größeren Durchmesser erleichtert ist. Als ein Resultat ist die Langzeitzuverlässigkeit des Piezostapels 4 verbessert, was die Haltbarkeit des Piezoeinspritzers 1 vergrößert und daher die Zuverlässigkeit der Kraftstoffeinspritzungsvorrichtung steigert.
(Elftes Ausführungsbeispiel)
Ein elftes Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung ist im Folgenden unter Bezugnahme auf 18 beschrieben. Die vorhergehenden neunten und zehn ten Ausführungsbeispiele sind jeweils als ein Beispiel gezeigt, bei dem von den Piezoelementen 3, die den Piezostapel 4 bilden, die innere Spannung des obersten Piezoelements 3a (das Piezoelement 3, das bei dem entferntesten Ende von dem Treibbauglied 5 positioniert ist) reduziert ist. Bei dem elften Ausführungsbeispiel ist im Gegensatz dazu von den Piezoelementen 3, die den Piezostapel 4 bilden, die Vorrichtungsfestigkeit des obersten Piezoelements 3a größer als dieselbe des untersten Piezoelements 3b gemacht. Der piezoelektrische Körper, der das oberste Piezoelement 3a bildet, ist insbesondere sorgfältiger als die piezoelektrischen Körper gesintert, die die anderen Piezoelemente 3 bilden, wodurch die Vorrichtungsfestigkeit des obersten Piezoelements 3a vergrößert ist. Die Vorrichtungsfestigkeit des obersten Piezoelements 3a ist insbesondere 10 % oder mehr größer als die Vorrichtungsfestigkeit des untersten Piezoelements 3b gemacht.
Gemäß dem elften Ausführungsbeispiels kann verhindert werden, dass das oberste Piezoelement 3a beschädigt wird, da das oberste Piezoelement 3a hergestellt ist, um eine größere Vorrichtungsfestigkeit als die anderen Piezoelemente, die den Piezostapel 4 bilden, aufzuweisen. Als ein Resultat ist die Langzeitzuverlässigkeit des Piezostapels 4 verbessert, was die Haltbarkeit des Piezoeinspritzers 1 vergrößert und daher die Zuverlässigkeit der Kraftstoffeinspritzungsvorrichtung steigert.
(Zwölftes Ausführungsbeispiel)
Ein zwölftes Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung ist im Folgenden unter Bezugnahme auf 19 beschrieben. Eine Ausdehnungs- und eine Zusammenziehungskraft treten in dem Piezostapel 4 aufgrund einer Resonanz; des Treibens des Treibbauglieds 5 und der Bewegung des Kolbens 51 mit kleinerem Durchmesser auf. Die Piezoelemente 3, die den Piezostapel 4 bilden, sind gegenüber einem Stoß empfindlich und können nicht nur beschädigt werden, wenn eine hohe Last, wie im Vorhergehenden beschrieben ist, angelegt ist, sondern ebenfalls, wenn eine abrupte Zug last angelegt ist. Das heißt, eine abrupte Senklast, die in dem Piezostapel 4 auftritt, kann zu einer Verschlechterung der Langzeitzuverlässigkeit des Piezostapels 4 führen.
Wenn der Piezostapel 4 elektrisch geladen wird, wird ein Ende der Ausdehnungslast, die in dem Piezostapel 4 auftritt, zu dem Treibbauglied 5 übertragen, das andere Ende der Ausdehnungslast, die in dem Piezostapel 4 auftritt, wird jedoch durch das feste Bauglied (die feste Basis 56 und den Ventilkörper 41, der die feste Basis 56 trägt) aufgenommen. Dies in Betracht ziehend ist bei dem zwölften Ausführungsbeispiel ein elastisches Bauglied 85, das eine Druckkraft an den Piezostapel 4 anlegt, zwischen dem Piezostapel 4 und dem festen Bauglied (der festen Basis 56 und dem Ventilkörper 51, der die feste Basis 56 trägt), das die Ausdehnung des Piezostapels 4 aufnimmt, positioniert.
Bei dem zwölften Ausführungsbeispiel ist insbesondere ein Federbauglied (beispielsweise eine Wellenunterlegscheibe) als das elastische Bauglied 85 zwischen der festen Basis 56 und dem Ventilkörper 41 positioniert. In dem bei dem zwölften Ausführungsbeispiel gezeigten Beispiel ist das elastische Bauglied 85 zwischen der festen Basis 56 und dem Ventilkörper 41 eingebaut, das elastische Bauglied 85 kann jedoch stattdessen zwischen der festen Basis 56 und dem oberen Ende des Piezostapels 4 eingebaut sein.
Gemäß dem zwölften Ausführungsbeispiel wird die Senkenlast, die einen abrupten Abfall der angelegten Last verursacht, durch das elastische Bauglied 85 absorbiert, wenn eine Senkenlast, die einen abrupten Abfall der angelegten Last verursacht, bei dem Piezostapel 4 auftritt, was das Problem vermeidet, dass ein abrupter Abfall bei der Last (eine abrupte Zuglast) zu dem Piezostapel 4 verursacht wird. Durch so unterdrücken der an dem Piezostapel 4 angelegten Senkenlast ist die Langzeitzuverlässigkeit des Piezostapels 4 verbessert, was dazu dient, die Haltbarkeit des Piezoeinspritzers 1 zu vergrößern und die Zuverlässigkeit der Kraftstoffeinspritzungsvorrichtung zu steigern.
Obwohl lediglich einige exemplarische Ausführungsbeispiele dieser Erfindung detailliert im Vorhergehenden beschrieben sind, ist es für Fachleute offensichtlich, dass viele Modifikationen bei den exemplarischen Ausführungsbeispielen möglich sind, ohne von den neuen Lehren und Vorteilen dieser Erfindung materiell abzuweichen. Alle solche Modifikationen und Kombinationen von einigen Ausführungsbeispielen sollen dementsprechend innerhalb des Schutzbereichs dieser Erfindung umfasst sein.

Claims

Kraftstoffeinspritzungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor, mit: einem Piezoeinspritzer, der einen Piezostapel aufweist, der, wenn derselbe elektrisch geladen wird, eine Ausdehnung in einer Richtung erzeugt, in der Piezoelemente gestapelt sind, und ein Treibbauglied, das in der Stapelrichtung bewegbar ist, indem dasselbe mit der Ausdehnung des Piezostapels direkt getrieben wird, aufweist, wobei der Piezoeinspritzer eine Kraftstoffeinspritzung durchführt, in dem verursacht wird, dass sich das Treibbauglied in der Stapelrichtung mit der Ausdehnung des Piezostapels bewegt; und einer Steuerung zum Steuern des Ladens und Entladens des Piezostapels, wobei die Steuerung eine erste Spannungsanstiegssteuerung durchführt, die die Beziehung 0,6T ≤ t erfüllt, wobei t eine Spannungsanstiegszeit ist, die von dem Moment, zu dem das Laden des Piezostapels eingeleitet wird, bis der Piezostapel auf eine Zielladungsspannung aufgeladen ist, dauert, und T eine kombinierte Resonanzperiode des Piezostapels und des Treibbauglieds ist.
Kraftstoffeinspritzungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor, mit: einem Piezoeinspritzer, der einen Piezostapel, der, wenn derselbe elektrisch geladen wird, eine Ausdehnung in einer Richtung, in der Piezoelemente gestapelt sind, erzeugt, und ein Treibbauglied, das in der Stapelrichtung bewegbar ist, in dem dasselbe durch die Ausdehnung des Piezostapels direkt getrieben ist, aufweist, wobei der Piezoeinspritzer eine Kraftstoffeinspritzung durchführt, indem verursacht wird, dass sich das Treibbauglied in der Stapelrichtung mit der Ausdehnung des Piezostapels bewegt; und einer Steuerung zum Steuern des Ladens und Entladens des Piezostapels, wobei t eine Spannungsanstiegszeit bezeichnet, die von dem Moment, zu dem das Laden des Piezostapels eingeleitet wird, bis der Piezostapel auf eine Zielladungsspannung aufgeladen ist, dauert, und T eine kombinierte Resonanzperiode des Piezostapels und des Treibbauglieds bezeichnet, und dann, wenn 0,25T ≤ t < 0,6T, die Steuerung eine zweite Spannungsanstiegssteuerung durchführt, bei der die Durchschnitts-Spannungsanstiegsgeschwindigkeit während einer Periode von 0,5t bis lt langsamer als eine Durchschnittsanstiegsgeschwindigkeit während einer Periode von der Einleitung des Ladens zu dem Piezostapel bis 0,5t gemacht wird.
Kraftstoffeinspritzungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor, mit: einem Piezoeinspritzer, der einen Piezostapel, der, wenn derselbe elektrisch geladen wird, eine Ausdehnung in einer Richtung, in der Piezoelemente gestapelt sind, erzeugt, und ein Treibbauglied, das in der Stapelrichtung bewegbar ist, indem dasselbe mit der Ausdehnung des Piezostapels direkt getrieben wird, aufweist, wobei der Piezoeinspritzer eine Kraftstoffeinspritzung durchführt, indem verursacht wird, dass sich das Treibbauglied in der Stapelrichtung mit der Ausdehnung des Piezostapels bewegt, und einer Steuerung zum Steuern des Ladens und Entladens des Piezostapels, wobei t eine Spannungsanstiegszeit bezeichnet, die von dem Moment, zu dem das Laden des Piezostapels eingeleitet wird, bis der Piezostapel auf eine Zielladungsspannung aufgeladen ist, dauert, und T eine kombinierte Resonanzperiode des Piezostapels und des Treibbauglieds bezeichnet, wobei die Steuerung eine dritte Spannungsanstiegssteuerung durchführt, bei der die Spannungsanstiegsgeschwindigkeit während einer Periode innerhalb von ±0,1T einer Lastvariationsspitze, die in dem Piezostapel innerhalb der Spannungsanstiegszeit t von der Einleitung des Ladens zu dem Piezostapel bis der Piezostapel auf die Zielladungsspannung aufgeladen ist auftritt, langsamer gemacht wird als die Spannungsanstiegsgeschwindigkeit während der anderen Perioden, und/oder eine Spannungsanstiegsgeschwindigkeit während einer Periode innerhalb von ±0,1T einer Lastvariationsminimumspitze, die in dem Piezostapel auftritt, schneller als die Spannungsanstiegsgeschwindigkeit während der anderen Perioden gemacht wird.
Kraftstoffeinspritzungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor, mit: einem Piezoeinspritzer, der einen Piezostapel, der, wenn derselbe elektrisch geladen wird, eine Ausdehnung in einer Richtung, in der Piezoelemente gestapelt sind, erzeugt, und ein Treibbauglied, das in der Stapelrichtung bewegbar ist, indem dasselbe mit der Ausdehnung des Piezostapels direkt getrieben wird, aufweist, wobei der Piezoeinspritzer eine Kraftstoffeinspritzung durchführt, indem verursacht wird, dass sich das Treibbauglied in der Stapelrichtung mit der Ausdehnung des Piezostapels bewegt; und einer Steuerung zum Steuern des Ladens und Entladens des Piezostapels, wobei t eine Spannungsanstiegszeit bezeichnet, die von dem Moment, zu dem das Laden des Piezostapels eingeleitet wird, bis der Piezostapel auf eine Zielladungsspannung aufgeladen ist, dauert, und T eine kombinierte Resonanzperiode des Piezostapels und des Treibbauglieds bezeichnet, wobei die Steuerung eine vierte Spannungsanstiegssteuerung durchführt, bei der eine Spannung, die während der Spannungsanstiegszeit t von der Einleitung des Ladens des Piezostapels bis der Piezostapel auf die Zielladungsspannung aufgeladen ist angelegt ist, für eine Zeitdauer innerhalb von ±0,1T einer Lastvariationsspitze, die in dem Piezostapel auftritt, reduziert wird.
Kraftstoffeinspritzungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor, mit: einem Piezoeinspritzer, der einen Piezostapel, der, wenn derselbe elektrisch geladen wird, eine Ausdehnung in einer Richtung, in der Piezoelemente gestapelt sind, erzeugt, und ein Treibbauglied, das in der Stapelrichtung bewegbar ist, indem dasselbe mit der Ausdehnung des Piezostapels direkt getrieben wird, aufweist, wobei der Piezoeinspritzer eine Kraftstoffeinspritzung durchführt, indem verursacht wird, dass sich das Treibbauglied in der Stapelrichtung mit der Ausdehnung des Piezostapels bewegt; und einer Steuerung zum Steuern des Ladens und Entladens des Piezostapels, wobei t eine Spannungsanstiegszeit, die von dem Moment, zu dem das Laden zu dem Piezostapel eingeleitet wird, bis der Piezostapel auf eine Zielladungsspannung aufgeladen ist, dauert, bezeichnet, und T eine kombinierte Resonanzperiode des Piezostapels und des Treibbauglieds bezeichnet, wobei, wenn eine Restresonanz in dem Piezostapel und dem Treibbauglied aufgrund einer vorhergehenden Einspritzung auftritt, die Steuerung eine fünfte Spannungsanstiegssteuerung durchführt, bei der eine Spannung, die hinsichtlich der Phase entgegengesetzt zu einer Lastvariation, die aufgrund der Restresonanz auftritt, ist, an den Piezostapel innerhalb der Spannungsanstiegszeit t von der Einleitung des Ladens des Piezostapels bis der Piezostapel auf die Zielladungsspannung aufgeladen ist, angelegt ist.
Kraftstoffeinspritzungsvorrichtung nach Anspruch 5, bei der die Steuerung eine sechste Spannungsanstiegssteuerung durchführt, bei der die Spannung, die hinsichtlich der Phase zu der Lastvariation, die aufgrund der Restresonanz auftritt, entgegengesetzt ist, selbst nachdem die Spannungsanstiegszeit t verstrichen ist, an den Piezostapel angelegt ist.
Kraftstoffeinspritzungsvorrichtung für einen mit einem Piezoeinspritzer ausgerüsteten Verbrennungsmotor, wobei der Piezoeinspritzer folgende Merkmale aufweist: einen Piezostapel, der, wenn derselbe elektrisch geladen wird, eine Ausdehnung in einer Richtung, in der Piezoelemente gestapelt sind, erzeugt; ein Treibbauglied, das in der Stapelrichtung bewegbar ist, indem dasselbe mit der Ausdehnung des Piezostapels direkt getrieben wird; ein verschiebbares Haltebauglied, das das Treibbauglied verschiebbar hält; und ein Reibungskoeffizientenreduzierungsbauglied, das bei einem Abschnitt vorgesehen ist, bei dem das Treibbauglied und das verschiebbare Haltbauglied einander berühren, zum Reduzieren eines Reibungskoeffizienten zwischen denselben, wobei der Piezoeinspritzer eine Kraftstoffeinspritzung durchführt, indem verursacht wird, dass sich das Treibbauglied in der Stapelrichtung des Piezostapels bewegt.
Kraftstoffeinspritzungsvorrichtung für einen mit einem Piezoeinspritzer ausgerüsteten Verbrennungsmotor, wobei der Piezoeinspritzer folgende Merkmale aufweist: einen Piezostapel, der, wenn derselbe elektrisch geladen wird, eine Ausdehnung in einer Richtung, in der Piezoelemente gestapelt sind, erzeugt; ein Treibbauglied, das in der Stapelrichtung bewegbar ist, indem dasselbe durch die Ausdehnung des Piezostapels direkt getrieben wird; ein festes Bauglied, das die Ausdehnung des Piezostapels bei einem von dem Treibbauglied entgegengesetzten Ende aufnimmt; und einen Niedersteifigkeitsabschnitt, der zwischen dem festen Bauglied und dem Piezostapel vorgesehen ist und eine niedrigere Steifigkeit als das feste Bauglied aufweist, wobei der Piezoeinspritzer eine Kraftstoffeinspritzung durchführt, indem verursacht wird, dass sich das Treibbauglied in der Stapelrichtung des Piezostapels bewegt.
Kraftstoffeinspritzungsvorrichtung nach Anspruch 8, bei der das feste Bauglied aus einem rostfreien Stahl gebildet ist, und der Niedersteifigkeitsabschnitt ein Niedersteifigkeitsbauglied mit einem Elastizitätsmodul von 10 GPa oder weniger ist.
Kraftstoffeinspritzungsvorrichtung nach Anspruch 8, bei der der Niedersteifigkeitsabschnitt an einer Fläche vorgesehen ist, bei der das feste Bauglied die Ausdehnung des Piezostapels aufnimmt, und als eine aufgerauhte Oberfläche mit einer Oberflächenrauhigkeit von 1,6Z oder größer und einem Elastizitätsmodul von 10GPa oder weniger gebildet ist.
Kraftstoffeinspritzungsvorrichtung für einen mit einem Piezoeinspritzer ausgerüsteten Verbrennungsmotor, wobei der Piezoeinspritzer folgende Merkmale aufweist: einen Piezostapel, der, wenn derselbe elektrisch geladen wird, eine Ausdehnung in einer Richtung, in der die Piezoelemente gestapelt sind, erzeugt; und ein Treibbauglied, das in der Stapelrichtung bewegbar ist, indem dasselbe mit der Ausdehnung des Piezostapels direkt getrieben wird; wobei von den Piezoelementen, die den Piezostapel bilden, das Piezoelement, das an einem Ende, das entgegengesetzt von dem Treibbauglied ist, positioniert ist, eine Struktur aufweist, die die innere Spannung im Vergleich zu dem Piezoelement, das an einem Ende, das näher zu dem Treibbauglied ist, positioniert ist, reduziert, und wobei der Piezoeinspritzer eine Kraftstoffeinspritzung durchführt, indem verursacht wird, dass sich das Treibbauglied in der Stapelrichtung des Piezostapels bewegt.
Kraftstoffeinspritzungsvorrichtung nach Anspruch 11, bei der von den Piezoelementen, die den Piezostapel bilden, das Piezoelement, das bei dem Ende, das von dem Treibbauglied entgegengesetzt ist, positioniert ist, einen größeren Vorrichtungsdurchmesser als das Piezoelement, das bei dem Ende, das näher zu dem Treibbauglied ist, positioniert ist, aufweist.
Kraftstoffeinspritzungsvorrichtung nach Anspruch 12, bei der von den Piezoelementen, die den Piezostapel bilden, der Vorrichtungsdurchmesser des Piezoelements, das bei dem Ende, das entgegengesetzt von dem Treibbauglied ist, positioniert ist, 3% oder mehr größer als der Vorrichtungsdurchmesser des Piezoelements, das bei dem Ende, das näher zu dem Treibbauglied ist, positioniert ist, ist.
Kraftstoffeinspritzungsvorrichtung nach Anspruch 11, bei der von den Piezoelementen, die den Piezostapel bilden, das Piezoelement, das bei dem Ende, das entgegengesetzt von dem Treibbauglied ist, positioniert ist, eine größere Dicke als das Piezoelement, das bei dem Ende, das näher zu dem Treibbauglied ist, positioniert ist, aufweist.
Kraftstoffeinspritzungsvorrichtung nach Anspruch 11, bei der von den Piezoelementen, die den Piezostapel bilden, die Dicke des Piezoelements, das bei dem Ende, das entgegengesetzt von dem Treibbauglied ist, positioniert ist, 3% oder mehr größer als die Dicke des Piezoelements, das bei dem Ende, das näher zu dem Treibbauglied ist, positioniert ist, ist.
Kraftstoffeinspritzungsvorrichtung für einen mit einem Piezoeinspritzer ausgerüsteten Verbrennungsmotor, wobei der Piezoeinspritzer folgende Merkmale aufweist: einen Piezostapel, der, wenn derselbe elektrisch geladen wird, eine Ausdehnung in einer Richtung, in der Piezoelemente gestapelt sind, erzeugt; und ein Treibbauglied, das in der Stapelrichtung bewegbar ist, indem dasselbe durch die Ausdehnung des Piezostapels direkt getrieben wird; wobei von den Piezoelementen, die den Piezostapel bilden, das Piezoelement, das bei einem Ende, das entgegengesetzt von dem Treibbauglied ist, positioniert ist, hergestellt ist, um eine größere Vorrichtungsfestigkeit als das Piezoelement, das bei einem Ende, das näher zu dem Treibbauglied ist, positioniert ist, aufzuweisen, und wobei der Piezoeinspritzer eine Kraftstoffeinspritzung durchführt, indem verursacht wird, dass sich das Treibbauglied in der Stapelrichtung des Piezostapels bewegt.
Kraftstoffeinspritzungsvorrichtung nach Anspruch 16, bei der von den Piezoelementen, die den Piezostapel bilden, die Vorrichtungsfestigkeit des Piezoelements, das bei dem Ende, das entgegengesetzt von dem Treibbauglied ist, positioniert ist, 10% oder mehr größer als die Vorrichtungsfestigkeit des Piezoelements, das bei dem Ende, das näher zu dem Treibbauglied ist, positioniert ist, ist.
Kraftstoffeinspritzungsvorrichtung für einen mit einem Piezoeinspritzer ausgerüsteten Verbrennungsmotor, wobei der Piezoeinspritzer folgende Merkmale aufweist: einen Piezostapel, der, wenn derselbe elektrisch geladen wird, eine Ausdehnung in einer Richtung, in der Piezoelemente gestapelt sind, erzeugt; ein Treibbauglied, das in der Stapelrichtung bewegbar ist, indem dasselbe mit der Ausdehnung des Piezostapels direkt getrieben wird; ein festes Bauglied, das die Ausdehnung des Piezostapels bei einem Ende, das von dem Treibbauglied entgegengesetzt ist, aufnimmt; und ein elastisches Bauglied, das zwischen dem festen Bauglied und dem Piezostapel vorgesehen ist, zum Anlegen einer Druckkraft an den Piezostapel, wobei der Piezoeinspritzer eine Kraftstoffeinspritzung durchführt, indem verursacht wird, dass sich das Treibbauglied in der Stapelrichtung des Piezostapels bewegt.