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Querverweis auf zugehörige Druckschrift
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Die
vorliegende Anmeldung beruht auf der am 04.07.2006 angemeldeten
japanischen Patentanmeldung
JP 2008 014 172 A auf deren Offenbarung hierbei
Bezug genommen wird.
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Hintergrund der Erfindung
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1. Technisches Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf ein Kraftstoffeinspritzgerät, das mit
einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung ausgestattet ist, die so gestaltet
ist, dass sie den Anhebebetrag einer Düsennadel als eine Funktion
eines Hubs von einem Aktuator ändert,
und insbesondere auf ein derartiges Gerät, das so gestaltet ist, dass
die Gleichförmigkeit der
Größe von Partikeln
aus Kraftstoff, die von einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung gesprüht werden,
verbessert.
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2. Hintergrund des Standes
der Technik
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Es
sind Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsysteme bekannt, die mit einer
Common-Rail ausgestattet sind zum Liefern von unter hohem Druck
stehenden Kraftstoff zu einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung für jeden
Zylinder eines Dieselverbrennungsmotors. Beispielsweise offenbart
die japanische Patenterstveröffentlichung
JP 62-258 160 A ein
derartiges Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystem, das so arbeitet,
dass es den Druck von aus der Common-Rail zu der Kraftstoffeinspritzeinrichtung
zu lieferndem Kraftstoff als eine Funktion von Betriebsbedingungen des
Verbrennungsmotors steuert. Wenn die Menge an von der Kraftstoffeinspritzeinrichtung
gesprühtem Kraftstoff
zunimmt, kann der Druck des Kraftstoffs in der Common-Rail erhöht werden,
um das Einspritzen von Kraftstoff in den Verbrennungsmotor über eine Solleinspritzdauer
sicherzustellen.
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Der
Kraftstoffdruck in der Common-Rail beeinflusst die Form des Sprühnebels
aus Kraftstoff, der von der Kraftstoffeinspritzeinrichtung eingespritzt wird.
Der Kraftstoffdruck in der Common-Rail kann daher so reguliert werden,
dass er eine erwünschte Form
eines Kraftstoffsprühnebels
erreicht, um erforderliche Leistungseigenschaften des Verbrennungsmotors
sicherzustellen. Die Größe der verteilten
Partikel von dem gesprühten
Kraftstoff hängt
von dem Druck des Kraftstoffs in der Kraftstoffeinspritzeinrichtung
ab, jedoch können
die Partikel des gesprühten Kraftstoffs
eine ungleichförmige
Größe haben.
Es ist somit schwierig, die Größe von sämtlichen
Partikeln des gesprühten
Kraftstoffs gleichförmig
zu gestalten, um die erforderlichen Leistungseigenschaften des Verbrennungsmotors
sicherzustellen.
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Die
japanische Patenterstveröffentlichung
JP 2003-214 302 A offenbart
die vorstehend beschriebene Art eines herkömmlichen Kraftstoffeinspritzsystems.
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Die
Druckschrift
DE 38
33 093 A1 offenbart ein Kraftstoffeinspritzgerät mit einer
Einspritzdüse. Hierbei
ist in eine Mindestperiodendauer der Wechsel an Hubbewegung offenbart,
die zumindest mehrfach größer als
die vorgegebene Mindesteinspritzdauer ist.
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Die
Druckschrift
DE 44
09 848 A1 offenbart ein Fluidzerstäubungsgerät. Über ein Antriebselement kann
die Zerstäuberöffnung in
Schwingung versetzt werden.
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Die
Druckschrift
EP 0 036
617 A2 offenbart ein Kraftstoffeinspritzgerät mit einer
Einspritzdüse. Ein
schwingendes Zerstäuberelement
befindet sich benachbart zur Einspritzdüsenöffnung.
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Die
Druckschrift
US
2003/0 094 159 A1 offenbart ein Kraftstoffeinspritzgerät mit einer
Einspritzdüse.
Eine Zerstäubung
des Kraftstoffes geschieht, indem über ein Piezoelement Schwingungsenergie auf
den Kraftstoff aufgebracht wird.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Es
ist daher eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile
des Stands der Technik zu vermeiden.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Kraftstoffeinspritzgerät zu schaffen,
das so gestaltet ist, dass die Gleichförmigkeit von zerstäubten Kraftstoffpartikeln
verbessert wird.
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Diese
Aufgabe ist durch ein Kraftstoffeinspritzgerät mit den Merkmalen von Anspruch
1 gelöst.
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Gemäß dieser
Lösung
wird ein Kraftstoffeinspritzgerät
geschaffen, das in Dieselverbrennungsmotoren von Kraftfahrzeugen
angewendet werden kann. Das Gerät
hat eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung und eine Steuereinrichtung.
Die Kraftstoffeinspritzeinrichtung ist mit einem Aktuator und mit
einer Düsennadel
ausgestattet. Der Aktuator arbeitet so, dass er die Düsennadel
anhebt, um Kraftstoff in einen Verbrennungsmotor einzuspritzen.
Die Steuereinrichtung arbeitet so, dass sie den Betrieb des Aktuators
so steuert, dass der Anhebebetrag der Düsennadel eine vorgegebene Häufigkeit
eine Solleinspritzdauer lang geändert
wird, wodurch Druckpulsationen auf den Kraftstoff ausgeübt werden,
der aus einem Sprühloch
der Kraftstoffeinspritzeinrichtung zu sprühen ist, um den Zerfall der
Flüssigkeitssäule des Kraftstoffs,
der aus dem Sprühloch
ausgespritzt wird, synchron zu einer Änderung des Anhebebetrages der
Düsennadel
zu verbessern, d. h. es werden Druckpulsationen ausgeübt, durch
die die Gleichförmigkeit
der Größe der Partikel
des gesprühten
Kraftstoffs verbessert wird.
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Außerdem ändert die
Steuereinrichtung den Anhebebetrag der Düsennadel, während das Sprühloch offen
gehalten wird, um den Kraftstoff die Solleinspritzdauer lang zu
sprühen.
Dadurch wird die Häufigkeit
des Schließens
von dem Sprühloch
minimal gestaltet, anders ausgedrückt schlägt die Düsennadel an einem Nadelsitz
an, der an einer Innenwand von einem Körper der Kraftstoffeinspritzeinrichtung ausgebildet
ist, wodurch die Verschlechterung der Kraftstoffeinspritzeinrichtung
verlangsamt wird.
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Darüber hinaus
bestimmt die Steuereinrichtung einen minimalen Anhebebetrag der
Düsennadel für die Solleinspritzdauer
so, dass die Querschnittsfläche
einer Kraftstoffströmungsbahn,
die durch die Düsennadel
und eine Innenwand eines Körpers
von der Kraftstoffeinspritzeinrichtung definiert ist, größer als
die Querschnittsfläche
von einer Öffnung
des Sprühloches
ist.
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Genauer
gesagt dient das Sprühloch
als eine Blende oder Drossel, deren Größe ausreichend ist, um die
Drosseleffekte zu ignorieren, die sich durch den Zwischenraum zwischen
der Düsennadel
und der Innenwand der Kraftstoffeinspritzeinrichtung ergeben, was
zu der Abhängigkeit
der Form des Sprühens
von dem Kraftstoff von den Drosseleffekten des Sprühlochs führt. Dadurch
wird die Abhängigkeit
der Kraftstoffsprühform
von der Mitte einer Änderung
des Anhebebetrages der Düsennadel
beseitigt, was zu einer Abnahme der Anzahl an Parametern führt, die benötigt werden,
um die Größe der Partikel
des gesprühten
Kraftstoffs zu regulieren, und was die Einfachheit des Erzielens
der Gleichförmigkeit
des Größe der Partikel
des gesprühten
Kraftstoffs erleichtert.
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Die
Steuereinrichtung ändert
den Anhebebetrag der Düsennadel
in einem Zyklus für
die Solleinspritzdauer und bestimmt einen Zyklus einer Änderung
bei dem Anhebebetrag der Düsennadel
als eine Funktion eines Drucks des zu der Kraftstoffeinspritzeinrichtung
gelieferten Kraftstoffes.
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Die
Größe von den
Partikeln des gesprühten Kraftstoffs
wird durch den Zyklus des Anhebens der Düsennadel gesteuert. Die Größe der Partikel
hängt von
dem Zyklus des Anhebens der Düsennadel
und dem Zustand eines Strömungsfeldes
ab, der beispielsweise durch die Reynoldszahl ausgedrückt wird.
Der Zustand von dem Strömungsfeld
hängt von dem
Druck des Kraftstoffs ab. Demgemäß wird die Steuerung
der Größe der Partikel
auf der Grundlage des Drucks von dem Kraftstoff erzielt, der zu
der Kraftstoffeinspritzeinrichtung geliefert wird.
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Die
Steuereinrichtung kann alternativ den Zyklus der Änderung
von dem Anhebebetrag der Düsennadel
als eine Funktion der Temperatur des Kraftstoffes bestimmten, der
zu der Kraftstoffeinspritzeinrichtung geliefert wird. Der Zustand
des Strömungsfeldes
hängt auch
von der Temperatur des Kraftstoffs ab. Demgemäß wird die Steuerung der Größe der Partikel
auf der Grundlage der Temperatur des Kraftstoffs erzielt, der zu
der Kraftstoffeinspritzeinrichtung geliefert wird.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der weiteren Ansprüche.
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Der
Aktuator von der Kraftstoffeinspritzeinrichtung weist eine piezoelektrische
Vorrichtung auf. Die Steuereinrichtung steuert eine elektrische
Zustandsgröße von der
piezoelektrischen Vorrichtung, um den Anhebebetrag der Düsennadel
zu ändern.
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Der
Verbrennungsmotor ist ein Verbrennungsmotor zur Einspritzung in
einen Zylinder wie beispielsweise ein Dieselmotor, bei dem das Einsprühloch direkt
zu einer Verbrennungskammer des Verbrennungsmotors freigelegt ist.
Die Größe von dem
Kopf der Kraftstoffeinspritzeinrichtung hängt daher von der Größe oder
dem Durchmesser der Verbrennungskammer ab. Dies führt zu einer
Schwierigkeit beim Einbau einer beliebigen Vorrichtung in die Kraftstoffeinspritzeinrichtung,
um in ihr die Druckpulsationen des Kraftstoffs zu erzeugen. Dieses
Problem wird beseitigt, indem der Anhebebetrag der Düsennadel
zyklisch geändert
wird, um die Druckpulsationen zu entwickeln.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Die
vorliegende Erfindung ist anhand der nachstehend dargelegten detaillierten
Beschreibung und aus den beigefügten
Zeichnungen der bevorzugten Ausführungsbeispiele
der Erfindung besser verständlich,
die jedoch nicht die vorliegende Erfindung auf die spezifischen
Ausführungsbeispiele
beschränken
sollen sondern lediglich dem Zwecke der Erläuterung und des Verständnisses
dienen.
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1 zeigt
eine schematische Ansicht von einem Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystem gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung, das mit Piezoeinspritzeinrichtungen ausgestattet
ist.
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2 zeigt
eine Längsschnittansicht
von einem Innenaufbau von jeder der Piezoeinspritzeinrichtungen
von 1.
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3 zeigt
eine Schaltungsdarstellung von einem Innenaufbau einer elektronischen
Steuereinheit des Kraftstoffeinspritzsystems von 1.
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4(a) zeigt eine Ansicht von einer Abfolge von
Einschalt-Ausschalt-Vorgängen
eines Aufladeschalters in 3.
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4(b) zeigt eine Ansicht von einer Abfolge von
Einschalt-Ausschalt-Vorgängen
eines Entladeschalters in 3.
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4(c) zeigt eine Ansicht einer Änderung der Stromstärke, die
durch die Piezoeinspritzeinrichtung fließt, die in den 1 und 2 dargestellt
ist.
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4(d) zeigt eine Ansicht und eine Änderung
der elektrischen Spannung, die bei der Piezoeinspritzeinrichtung
auftritt, die in den 1 und 2 gezeigt
ist.
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5 zeigt
eine Ansicht von Betriebsbereichen eines Verbrennungsmotors, die
durch die Last beim Verbrennungsmotor und die Drehzahl des Verbrennungsmotors
definiert sind.
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6(a) zeigt eine Ansicht von zerstäubtem Kraftstoff,
der von der Piezoeinspritzeinrichtung von 2 gesprüht wird,
wenn der Anhebebetrag einer Düsennadel
konstant gehalten wird.
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6(b) zeigt eine Ansicht von zerstäubtem Kraftstoff,
der von der Piezoeinspritzeinrichtung von 2 gesprüht wird,
wenn eine Düsennadel
vertikal hin und her bewegt wird.
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7 zeigt
eine graphische Darstellung einer Beziehung zwischen der Frequenz
eines Düsennadelanhebezyklus,
dem Druck des Kraftstoffs in einer Common-Rail und der Größe der Partikel
des Kraftstoffs, die aus der Piezoeinspritzeinrichtung von 2 gesprüht werden.
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8 zeigt
eine ausschnittartige Schnittansicht von einer Beziehung zwischen
einer Querschnittsfläche
S, einer Kraftstoffströmungsbahn,
die durch eine Düsennadel
und einen Düsensitz
definiert ist, und eine Querschnittsfläche s einer Öffnung von jedem
der Sprühlöcher.
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9(a) zeigt eine Ansicht von einer Abfolge von
Auflade- und Entladungsvorgängen
einer Piezoeinspritzeinrichtung während einer Solleinspritzdauer.
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9(b) zeigt eine Ansicht von zyklischen Oszillationen
(hin- und hergehende Bewegungen) einer Düsennadel von einer Piezoeinspritzeinrichtung während einer
Solleinspritzdauer.
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10 zeigt
eine Funktionsblockdarstellung von der elektronischen Steuereinheit
von 3 zum Steuern einer Oszillation einer Düsennadel
einer Piezoeinspritzeinrichtung.
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11(a) zeigt eine Ansicht von zyklischen Oszillationen
(hin- und hergehende Bewegungen) von einer Düsennadel einer Piezoeinspritzeinrichtung
gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
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11(b) zeigt eine Ansicht einer Änderung der
Spannung, die bei einer piezoelektrischen Vorrichtung einer Piezoeinspritzeinrichtung
anliegt, wobei diese sich aus einer Abfolge von Auflade- und Entladungsvorgängen ergibt.
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12 zeigt
eine graphische Darstellung einer Beziehung zwischen der Größe von zerstäubten Partikeln
an Kraftstoff, die von einer Piezoeinspritzeinrichtung gesprüht werden.
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13 zeigt
eine Längsschnittansicht
von einer anderen Art an Piezoeinspritzeinrichtung, die in dem Kraftstoffeinspritzsystem
von 1 angewendet werden kann.
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Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
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Unter
Bezugnahme auf die Zeichnungen, in den gleiche Bezugszeichen sich
auf gleiche Teile in der verschiedenen Ansichten beziehen, ist insbesondere
in 1 ein Kraftstoffeinspritzsteuersystem gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung gezeigt, das als beispielartig als ein Common-Rail-Einspritzsystem
gestaltet ist, das so arbeitet, dass es Kraftstoff in jeden Zylinder
von einem Dieselverbrennungsmotor einspritzt.
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Das
Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystem hat allgemein eine Common-Rail 6,
Piezoeinspritzeinrichtungen 10, eine Hochdruckkraftstoffpumpe 4, ein
Saugsteuerventil 5 und eine elektronische Steuereinheit
(ECU) 60.
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Die
Hochdruckkraftstoffpumpe 4 wird durch ein Drehmoment des
Verbrennungsmotors angetrieben, das durch eine Kurbelwelle 3 übertragen
wird, und sie arbeitet so, dass sie Kraftstoff aus einem Kraftstofftank 2 herauspumpt.
Das Saugsteuerventil 5 arbeitet so, dass es die Menge an
Kraftstoff, die von dem Kraftstofftank 2 gepumpt wird,
steuert und diesen zu der Common-Rail 6 bei einem gesteuerten Druck
liefert. Die Common-Rail 6 arbeitet als ein Druckspeicher,
in dem der zu den Piezoeinspritzeinrichtungen 10 durch
Hochdruckkraftstoffkanäle 8 zu liefernder
Kraftstoff bei einem gesteuerten hohen Druck gespeichert wird, der
erforderlich ist, um den Kraftstoff in den Verbrennungsmotor 1 einzuspritzen. Jede
der Piezoeinspritzeinrichtungen 10 hat einen oberen Abschnitt,
der sich in das Innere einer entsprechenden Kammer der Verbrennungskammern 11 des
Verbrennungsmotors 1 erstreckt, um den Kraftstoff direkt
in die Verbrennungskammer 11 zu sprühen. Jede der Piezoeinspritzeinrichtungen 10 ist mit
einem Niederdruckkraftstoffkanal 12 verbunden, damit der
Kraftstoff zu dem Kraftstofftank 2 abläuft.
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2 zeigt
den Innenaufbau von jeder piezoelektrischen Einspritzeinrichtung 10.
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Die
Piezoeinspritzeinrichtung 10 hat einen Körper 30,
eine Düsennadel 34,
einen Nadelstopper 36 und einen Ausgleichskolben 38.
Der Körper 30 hat Sprühlöcher 32,
die in seinem Kopf ausgebildet sind. An einer Innenwand des Körpers 30 ist
ein Nadelsitz 33 ausgebildet, an den die Düsennadel 34 gesetzt wird.
Die Düsennadel 34,
der Nadelstopper 36 und der Ausgleichskolben 38 sind
innerhalb einer Innenkammer des Körpers 30 ausgerichtet
so angeordnet, dass sie entlang der Innenwand von dem Körper 30 in
einer axialen Richtung (d. h. in einer Längsrichtung) des Körpers 30 bewegbar
sind. Die Düsennadel 34 und
die Innenwand von dem Körper 30 definieren
eine Nadelkammer 35. Der Ausgleichskolben 38 definiert
eine Ausgleichskammer 39 an seiner Rückseite. Nadelkammer 35 und
die Ausgleichskammer 39 stehen mit dem Hochdruckkraftstoffkanal 8 in
Verbindung und werden mit dem unter hohen Druck stehenden Kraftstoff
beliefert.
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Eine
Gegendruckkammer 41 ist durch die Rückfläche des Nadelstoppers 36 und
die Innenwand von dem Körper 30 definiert.
Die Gegendruckkammer 41 steht mit dem Niederdruckkraftstoffkanal 12 in
Verbindung, um mit dem unter niedrigem Druck stehenden Kraftstoff
beliefert zu werden. Eine Feder 40 ist im Inneren der Gegendruckkammer 41 so
angeordnet, dass sie den Nadelstopper 36 von dem Körper 30 nach
vorn drängt.
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Eine
erste hydraulische Kammer 42 ist hermetisch durch die vordere
Fläche
von dem Nadelstopper 36 und die Innenwand von dem Körper 30 definiert.
Die erste hydraulische Kammer 42 steht mit einer zweiten
hydraulischen Kammer 46 über einen Hydraulikkanal 44 in
Verbindung. Die zweite hydraulische Kammer 46 ist innerhalb
des Körpers 30 hinter dem
Ausgleichskolben 39 definiert. Die erste hydraulische Kammer 42,
der Hydraulikkanal 44 und die zweite hydraulische Kammer 46 sind
mit dem Kraftstoff zum Übertragen
von hydraulischer Kraft gefüllt.
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Die
zweite hydraulische Kammer 46 ist eine hermetische Kammer,
die durch die vordere Fläche von
dem Piezokolben 48 und die Innenwand von dem Körper 30 definiert
ist. In dem Piezokolben 48 ist ein Rückschlagventil 50 eingebaut,
das so arbeitet, dass es ein Strömen
des Kraftstoffs lediglich von dem Niederdruckkraftstoffkanal 12 zu
der zweiten hydraulischen Kammer 46 ermöglicht. Der Piezokolben 48 ist an
seiner Rückfläche mit
einer piezoelektrischen Vorrichtung 52 verbunden. Die piezoelektrische
Vorrichtung 52 ist an ihrer Rückfläche mit dem Körper 30 verbunden.
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Die
piezoelektrische Vorrichtung 52 hat einen Piezostapel,
der aus einer Vielzahl an piezoelektrischen Elementen aufgebaut
ist, wobei er so arbeitet, dass er mit der Hilfe des inversen piezoelektrischen
Effektes sich ausdehnt oder zusammenzieht. Genauer gesagt ist die
piezoelektrische Vorrichtung 52 eine kapazitive Last, die
als ein sich ausdehnender Einspritzaktuator bei elektrischer Aufladung
fungiert und als ein sich zusammenziehender Einspritzaktuator bei
Entladung fungiert. Die piezoelektrischen Elemente sind aus einem piezoelektrischen Material
wie beispielsweise Bleizirkonattitanat (PZT) hergestellt.
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Wenn
im Betrieb elektrischer Strom zu der piezoelektrischen Vorrichtung 52 so
geliefert wird, dass diese sich ausdehnt, wird dadurch bewirkt,
dass der Piezokolben 48 unter Betrachtung von 2 nach
unten bewegt wird, um den Druck des Kraftstoffs in der zweiten hydraulischen
Kammer 46, in dem Hydraulikkanal 44 und in der
ersten hydraulischen Kammer 42 zu erhöhen. Wenn die Summe von dem
Druck von dem Kraftstoff in der Nadelkammer 35, der die
Düsennadel 34 in
die Ventilöffnungsrichtung
(d. h. unter Betrachtung von 2 in der
nach oben weisenden Richtung) drängt,
und von dem Druck des Kraftstoffs in der ersten hydraulischen Kammer 42,
der den Nadelstopper 36 in die Ventilöffnungsrichtung drängt, die
Summe von dem mechanischen und dem hydraulischen Druck, der durch
die Feder 40 und den Kraftstoff in der Gegendruckkammer 41 erzeugt
wird, der den Nadelstopper 36 in die Ventilschließrichtung
(d. h. in der unter Betrachtung von 2 nach unten
weisenden Richtung) drängt, und
dem Druck des Kraftstoffs in der Ausgleichskammer 39, der
die Rückfläche von
dem Ausgleichskolben 38 in die Ventilschließrichtung
drängt, überschreitet,
wird bewirkt, dass die Düsennadel 34 von dem
Nadelsitz 33 weg gehoben wird, um die Sprühlöcher 32 zu öffnen.
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Wenn
im Gegensatz dazu die piezoelektrische Vorrichtung 52 entladen
wird, so dass sie sich zusammenzieht, um den Piezokolben 48 von
dem Körper 30 zurückzubewegen,
führt dies
zu einem Abfall des Drucks von dem Kraftstoff innerhalb der zweiten
hydraulischen Kammer 46, in dem Hydraulikkanal 44 und
der ersten hydraulischen Kammer 42. Wenn die Summe von
dem mechanischen und hydraulischen Druck, der durch die Feder 40 und
den Kraftstoff in der Gegendruckkammer 41 erzeugt wird und
die den Nadelstopper 36 in die Ventilschließrichtung
drängt,
und von dem Druck des Kraftstoffs in der Ausgleichskammer 39,
der die Rückfläche von
dem Ausgleichskolben 38 in die Ventilschließrichtung drängt, die
Summe von dem Druck von dem Kraftstoff in der Nadelkammer 36,
der die Düsennadel 34 in
die Ventilöffnungsrichtung
drängt,
und von dem Druck des Kraftstoffs in der ersten hydraulischen Kammer 42,
der den Nadelstopper 36 in die Ventilöffnungsrichtung drängt, überschreitet,
wird dadurch bewirkt, dass die Düsennadel 34 zu
einer Anlage mit dem Nadelsitz 33 gebracht wird, um die
Sprühlöcher 32 zu
schließen,
so dass das Einspritzen des Kraftstoffs in den Verbrennungsmotor 1 vollendet
wird. Genauer gesagt wird der Bewegungsbetrag oder Anhebebetrag
von der Düsennadel 34 in
der Ventilöffnungsrichtung
als eine Funktion von dem Betrag des Ausdehnhubes von der piezoelektrischen
Vorrichtung 52 bestimmt. Der Anhebebetrag der Düsennadel 34 wird
somit innerhalb des Bereiches von einer Nullposition, bei der der
Anhebebetrag der Düsennadel 34 den
Wert Null (0) hat, bis zu einer gänzlich angehobenen Position,
bei der der Anhebebetrag der Düsennadel 34 einen
maximalen Wert erreicht, genau gesteuert.
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Unter
erneuter Bezugnahme auf 1 hat das Kraftstoffeinspritzsteuersystem
außerdem
einen Kraftstoffdrucksensor 20, einen Temperatursensor 22,
einen Kurbelwinkelsensor 24 und einen Gaspedalpositionssensor 26.
Der Kraftstoffdrucksensor 20 arbeitet so, dass er den Druck
des Kraftstoffs innerhalb der Common-Rail 6 misst, um ein
Signal, das diesen anzeigt, zu der ECU 60 zu liefern. Der
Temperatursensor 22 arbeitet so, dass er die Temperatur von
dem Kraftstoff innerhalb der Hochdruckkraftstoffpumpe 4 misst,
um ein Signal, das diesen anzeigt, zu der ECU 60 auszugeben.
Der Kurbelwinkelsensor 24 arbeitet so, dass er eine Winkelposition
von der Kurbelwelle 3 des Verbrennungsmotors 1 misst,
um ein Signal, das diese anzeigt, zu der ECU 60 zu liefern. Der
Gaspedalpositionssensor arbeitet so, dass er die von dem Fahrer
bewirkte Betätigung
von dem oder die Position von dem Gaspedal des Fahrzeugs misst, um
ein Signal, das dies anzeigt, zu der ECU 60 auszugeben.
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Die
ECU 60 hat einen typischen Mikrocomputer und mehrere Speicher.
Die ECU 60 arbeitet so, dass sie Abgabesignale von den
vorstehend beschriebenen Sensoren empfängt, um die Betätigungsvorgänge von
derartigen Aktuatoren wie beispielsweise das Saugsteuerventil 5 und
die Piezoeinspritzeinrichtungen 10 zu steuern, um die Abgabeleistung
von dem Verbrennungsmotor 1 zu steuern. Beispielsweise überwacht
die ECU 60 die Position von dem Gaspedal und von der Drehzahl
des Verbrennungsmotors 1, um einen Solldruck des Kraftstoffs
in der Common-Rail 6 zu bestimmen. Die ECU 60 überwacht
außerdem
die Position von dem Gaspedal und von der Drehzahl der Kurbelwelle 3,
um eine Sollmenge des Kraftstoffs zu bestimmen, die durch jede der
Piezoeinspritzeinrichtungen 10 in den Verbrennungsmotor 1 eingespritzt
werden soll. Die ECU 60 bestimmt eine Solleinspritzdauer,
d. h. wie lange die Piezoeinspritzeinrichtung 10 geöffnet sein soll,
auf der Grundlage von dem Druck des Kraftstoffs in der Common-Rail 6 und
der Sollmenge des Kraftstoffs, die einzuspritzen ist.
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3 zeigt
einen Abschnitt von einem Innenaufbau von der ECU 60, die
so gestaltet ist, dass sie den Betrieb von jeder Piezoeinspritzeinrichtung 10 gesteuert.
Die ECU 60 besteht im Wesentlichen aus einem Piezoeinspritzeinrichtungstreiber
und einem Mikrocomputer 62.
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Der
Piezoeinspritzeinrichtungstreiber wird mit elektrischer Energie
von einer externen Batterie B beliefert. Genauer gesagt wird die
Energie zunächst zu
einem Step-Up-Wandler, d. h. einen DC/DC-Wandler 70 eingegeben.
Der DC/DC-Wandler 70 arbeitet so, dass er die Spannung
(beispielsweise 12 V) von der Batterie B bis zu einer Höhe (beispielsweise
200 bis 300 V) erhöht,
die erforderlich ist, um die piezoelektrische Vorrichtung 52 von
jeder der Piezoeinspritzeinrichtungen 10 aufzuladen.
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Die
Spannung, die durch den DC/DC-Wandler 70 erhöht worden
ist, wird an einen Kondensator 72 angelegt. Ein Ende des
Kondensators 72 ist mit dem DC/DC-Wandler 70 verbunden
und sein anderes Ende ist mit der Erdung verbunden. Beim Anlegen
der Spannung speichert der Kondensator 72 elektrische Energie
oder Aufladung in ihm, um die piezoelektrische Vorrichtung 52 zu
betätigen.
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Der
Hochpotentialanschluss von dem Kondensator 72, der zu dem
DC/DC-Wandler 70 führt,
ist mit einem Hochpotentialanschluss der piezoelektrischen Vorrichtung 52 durch
eine Reihenschaltung verbunden, die durch einen Aufladeschalter 74 und eine
Auflade-/Entladungs-Spule 76 aufgebaut ist. Ein Niedrigpotentialanschluss
von der piezoelektrischen Vorrichtung 52 ist mit der Erdung
verbunden. Ein Entladungsschalter 78 ist an einem seiner
Enden mit einer Verbindung des Aufladeschalters 74 und
der Auflade-/Entladungsspule 76 verbunden.
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Eine
Diode 80 ist mit dem Entladungsschalter 78 parallel
zu diesem so verbunden, dass sie eine vorwärts weisende Richtung von der
Erdung zu der Verbindung des Kondensators 72 und der Auflade-/Entladungsspule 76 hat.
Die Diode 80 arbeitet als eine Freilaufdiode und bildet
eine Chopperschaltung (Zerhackerschaltung) zusammen mit den Kondensator 72,
dem Aufladeschalter 74 und der Auflade-/Entladungsspule 76 zum
Aufladen der piezoelektrischen Vorrichtung 52.
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Der
so aufgebaute Piezoeinspritzeinrichtungstreiber wird durch den Mikrocomputer 62 betätigt. Genauer
gesagt überwacht
der Mikrocomputer 62 die Abgabesignale von den Sensoren,
wie dies vorstehend beschrieben ist, die die Betriebsparameter von
dem Verbrennungsmotor 1 anzeigen, die Spannung von der
piezoelektrischen Vorrichtung 52, die von einem Knoten
N1 empfangen wird, und die Spannung von der piezoelektrischen Vorrichtung 52, die
von einem Knoten N2 empfangen wird, und betätigt den Aufladeschalter 74 und
den Entladungsschalter 78 in der in den 4(a) bis 4(d) gezeigten
Art und Weise.
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4(a) zeigt den Betrieb von dem Aufladeschalter 74. 4(b) zeigt den Betrieb von dem Entladungsschalter 78. 4(c) zeigt eine Änderung der gesteuerten Stromstärke, die
durch die piezoelektrische Vorrichtung 52 fließt. 4(d) zeigt eine Änderung der gesteuerten Spannung,
die an der piezoelektrischen Vorrichtung 52 auftritt.
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Im
Betrieb schaltet der Mikrocomputer 62 den Aufladeschalter 74 in
Abfolge ein und aus, um die Stromstärke zu erhöhen und zu verringern zum Zwecke
des Aufladens der piezoelektrischen Vorrichtung 52 in dem
Choppermodus. Genauer gesagt schaltet der Mikrocomputer 62 den
Aufladeschalter 74 ein, um eine geschlossene Schleife zu
errichten, die aus dem Kondensator 73, dem Aufladeschalter 74,
der Auflade-/Entladungsspule 76 und der piezoelektrischen
Vorrichtung 52 gebildet wird, wodurch die in dem Kondensator 72 gespeicherte
elektrische Energie in die piezoelektrische Vorrichtung 52 aufgeladen
wird. Dadurch wird bewirkt, dass die Menge an Strom, die durch die
piezoelektrische Vorrichtung 52 fließt, zunimmt. Anschließend schaltet
der Mikrocomputer 62 den Aufladeschalter 74 aus,
um eine geschlossene Schleife zu errichten, die aus der Auflade-/Entladungsspule 76,
der piezoelektrischen Vorrichtung 52 und der Diode 80 aufgebaut
ist, wodurch die Freilaufenergie in der Auflade-/Entladungsspule 76 in
die piezoelektrische Vorrichtung 52 aufgeladen wird. Dadurch
wird bewirkt, dass die Menge an Strom, die durch die piezoelektrische
Vorrichtung 52 fließt,
abnimmt.
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Der
Mikrocomputer 62 betätigt
den Aufladeschalter 74 in dem Abwärtschoppersteuermodus (step-down
chopper), wie dies vorstehend beschrieben ist, um die piezoelektrische
Vorrichtung 52 so aufzuladen, dass das bei dem Hochpotentialanschluss
der piezoelektrischen Vorrichtung 52 auftretende Potential
ansteigt.
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Wenn
es erforderlich ist, die piezoelektrische Vorrichtung 52 zu
entladen, schaltet der Mikrocomputer 62 den Entladungsschalter 78 in
Abfolge ein und aus, um die Stromstärke zu erhöhen und zu verringern zum Zwecke
des Entladen der piezoelektrischen Vorrichtung 52 in dem
Choppermodus. Genauer gesagt schaltet der Mikrocomputer 62 den
Entladungsschalter 78 ein, um eine geschlossene Schleife
zu errichten, die aus dem Entladungsschalter 78, n der
Auflade-/Entladungsspule 76 und der piezoelektrischen Vorrichtung 52 gebildet
wird, wodurch die elektrische Energie von der piezoelektrischen
Vorrichtung 52 abgegeben wird. Dadurch wird bewirkt, dass
die Menge an Strom, die durch die piezoelektrische Vorrichtung 52 fließt, zunimmt.
Anschließend
schaltet der Mikrocomputer 62 den Entladungsschalter 78 aus,
um eine geschlossene Schleife zu errichten, die aus dem Kondensator 72,
der Diode 82, der Auflade-/Entladungsspule 76 und
der piezoelektrischen Vorrichtung 52 aufgebaut wird, wodurch
die Freilaufenergie von der Auflade-/Entladungsspule 76 zu
dem Kondensator 72 zurückgenommen
wird.
-
Der
Mikrocomputer 62 betätigt
den Entladungsschalter 78 in dem Aufwärtschoppersteuermodus (step-up
chopper), wie dies vorstehend beschrieben ist, um die piezoelektrische
Vorrichtung 52 so zu entladen, dass das Potential, das
an dem Hochpotentialanschluss der piezoelektrischen Vorrichtung 52 auftritt
hat, abfällt.
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Der
Mikrocomputer
62 ist so gestaltet, dass er einen konstanten
andauernden Betrieb ausführt, bei
dem der Aufladeschalter
74 oder der Entladungsschalter
78 eine
vorbestimmte Zeitspanne lang eingeschalter wird und dann dieser
ausgeschaltet wird, wenn die durch die piezoelektrische Vorrichtung
52 fließende Stromstärke auf
Null (0) abnimmt, was zu einer konstanten Geschwindigkeit führt, mit
der sich die elektrische Energie in der piezoelektrischen Vorrichtung
52 ändert. Dadurch
wird ermöglicht,
dass die in die piezoelektrische Vorrichtung
52 aufgeladene Energie
genau gesteuert wird, indem die Dauer gesteuert wird, wie lange
die piezoelektrische Vorrichtung
52 bei dem konstanten
andauernden Betrieb aufgeladen wird. Solange die in die piezoelektrische Vorrichtung
52 aufgeladene
Energie konstant ist, ist der Ausdehnungsbetrag von dieser im Wesentlichen konstant
unabhängig
von seiner Temperatur. Der Anhebebetrag der Düsennadel
34 kann somit
durch den konstanten andauernden Betrieb bei der piezoelektrischen
Vorrichtung
52 genau gesteuert werden. Im Gegensatz dazu
ist, wenn das Aufladen der piezoelektrischen Vorrichtung
52 auf
der Grundlage ihrer elektrischen Spannung gesteuert wird, der Ausdehnungsbetrag
der piezoelektrischen Vorrichtung
52 von ihrer Temperatur
abhängig,
womit ein Bedarf an einem Temperaturausgleich im Hinblick auf eine elektrische
Sollspannung bei der piezoelektrischen Vorrichtung
52 erforderlich
ist, um den Anhebebetrag der Düsennadel
34 genau
zu steuern. Die Tatsache, dass dann, wenn die bei der piezoelektrischen
Vorrichtung
52 aufgeladene Energie konstant ist, dies zu einem
konstanten Hubbetrag der piezoelektrischen Vorrichtung
52 führt, ist
in der japanischen Patenterstveröffentlichung
JP 2005-130 561 A detailliert beschrieben,
auf deren Offenbarung hierbei Bezug genommen wird. Die Art und Weise,
mit der der Betrag an elektrischer Energie, die zu der piezoelektrischen
Vorrichtung
52 pro Zeiteinheit aufzuladen ist, durch den
Choppersteuermodus so geregelt wird, dass er konstant ist, wie dies
vorstehend beschrieben ist, wird in der japanischen Patenterstveröffentlichung
JP 2002-13 156 A gelehrt,
auf deren Offenbarung hierbei Bezug genommen wird.
-
Es
ist üblicherweise
ratsam, dass die Form des Sprühnebels
von dem Kraftstoff aus den Piezoeinspritzeinrichtungen 10 reguliert
wird, um gute Abgabeeigenschaften wie beispielsweise Emissionseigenschaften
für den
Dieselmotor 1 vorzusehen. Die Form des Sprühnebels
von dem Kraftstoff aus den Piezoeinspritzeinrichtungen 10 hängt von
dem Durchmesser der Sprühlöcher 32 und
von dem Druck des Kraftstoffs in der Common-Rail 6 ab.
Der Druck des Kraftstoffs in der Common-Rail 6 ist ein
steuerbarer Parameter. Je höher
der Kraftstoffdruck in der Common-Rail 6 ist, desto kleiner
ist die Größe der Kraftstoffpartikel,
die durch die Piezoeinspritzeinrichtung 10 gesprüht werden.
Folglich wird die Form des Sprühnebels
des Kraftstoffs aus den Piezoeinspritzeinrichtungen 10 vorzugsweise
so gesteuert, dass der Druck des Kraftstoffs in der Common-Rail 6 gesteuert
wird. Dies bringt jedoch die folgenden Schwierigkeiten mit sich.
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5 zeigt
die Betriebsbereiche von dem Dieselmotor 1, die durch die
Drehzahl und die Last bei dem Verbrennungsmotor 1 definiert
sind. Die Definitionen von den Bereichen, wobei die Einschränkungen,
denen die Steuerung des Drucks von dem Kraftstoff in der Common-Rail ausgesetzt ist,
und die Form des Sprühnebels
des Kraftstoffs aus den Piezoeinspritzeinrichtungen 10 sind
nachstehend beschrieben.
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Der
Leerlaufbereich ist ein Bereich, bei dem die Last bei dem Verbrennungsmotor 1 und
die Drehzahl des Verbrennungsmotors 1 gering sind. Innerhalb
eines derartigen Bereiches sind die Drehmomentabgabe und die Drehzahl
von dem Verbrennungsmotor 1 gering. Es ist somit schwierig,
die Hochdruckkraftstoffpumpe 4 so zu betreiben, dass der
Druck des Kraftstoffs in der Common-Rail 6 bis zu einer erforderlichen
Höhe ansteigt.
Es ist üblicherweise
erwünscht,
die Zündungsverzögerung und
die Abnahme der Phase einer Vormischverbrennung zu steuern, um Verbrennungsgeräusche zu
vermindern, was eine Zerstäubung
des aus dem Piezoeinspritzeinrichtungen 10 gesprühten Kraftstoffs
erforderlich macht. Die Zerstäubung
ist außerdem
im Hinblick auf die Verringerung der Emission von unverbranntem Kraftstoff
erwünscht.
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Der
Startbereich ist ein Kraftstoffeinspritzbereich zwischen einem Ankurbeln
des Verbrennungsmotors 1 durch einen Startermotor und einem
Erreichen einer vorgegebenen Leerlaufdrehzahl des Verbrennungsmotors 1.
Der Kraftstoffeinspritzbereich erstreckt sich bis zu einem Hochlastbereich,
bei dem die Last an dem Verbrennungsmotor 1 höher als
in dem Fall ist, bei dem Verbrennungsmotor 1 im Leerlauf
läuft.
Die Drehzahl von dem Verbrennungsmotor 1 ist zu gering,
um die Hochdruckkraftstoffpumpe 4 so anzutreiben, dass
der Druck des Kraftstoffs in der Common-Rail 6 bis zu einer
Höhe gesteigert
wird, die beispielsweise erforderlich ist, um den Betrieb von dem
Kraftstoffeinspritzsteuersystem zuverlässig sicherzustellen. Es ist
jedoch erforderlich, einen zerstäubten
Sprühnebel
aus Kraftstoff im Hinblick auf ein schnelles Starten des Verbrennungsmotors 1 oder
im Hinblick auf eine Verringerung der Emission von unverbranntem
Kraftstoff zu erzeugen.
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Der
Emissionsbereich ist ein Bereich, der sich am stärksten auf die Emissionseigenschaften des
Verbrennungsmotors 1 auswirkt, wenn das Fahrzeug fährt, beispielsweise
der 10–15-Modus.
Es ist erwünscht,
den Druck des Kraftstoffs in der Common-Rail 6 im Hinblick
auf eine Verbesserung der Zuverlässigkeit
der Common-Rail 6 minimal zu gestalten. Es ist jedoch erforderlich,
einen zerstäubten Sprühnebel aus
Kraftstoff zu dem Verbrennungsmotor 1 zu liefern im Hinblick
auf ein Beibehalten von günstigen
Abgasemissionseigenschaften des Verbrennungsmotors 1.
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Der
normale Betriebsbereich ist ein anderer Bereich außer den
drei vorstehend beschriebenen Bereichen, der den gleichen Beschränkungen
und Anforderungen wie bei dem Emissionsbereich ausgesetzt ist.
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Der
Volllastbereich ist ein Abschnitt von dem normalen Betriebsbereich,
bei dem Verbrennungsmotor 1 eine maximale Last erfährt. Es
ist erwünscht, den
Druck des Kraftstoffs in der Common-Rail 6 im Hinblick
auf eine Verbesserung der Zuverlässigkeit der
Common-Rail 6 minimal zu gestalten. Es ist jedoch erforderlich,
die Einspritzung des Kraftstoffs in den Verbrennungsmotor 1 frühzeitig
zu vollenden, um die Temperatur von den Abgasemissionen aus dem
Verbrennungsmotor 1 zu verringern. Dies macht eine Zunahme
des Drucks des Kraftstoffs in der Common-Rail 6 erforderlich,
um die Einspritzdauer zu verkürzen.
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Wie
dies aus der vorstehend dargelegten Erörterung hervorgeht, ist es
von wesentlicher Bedeutung, den Kraftstoff zu zerstäuben, der
in den Verbrennungsmotor 1 eingesprüht wird, wobei jedoch die Zunahme
des Drucks von dem Kraftstoff in der Common-Rail 6, die
zum Zerstäuben
des Kraftstoffs erforderlich ist, einigen Beschränkungen ausgesetzt ist. Selbst
wenn es möglich
ist, den Druck des Kraftstoffs in der Common-Rail 6 bis
zu einer gewissen Höhe
zu erhöhen,
steht das Kraftstoffeinspritzsteuersystem dem Problem gegenüber, das
in 6(a) gezeigt ist. Genauer gesagt
hängt die
Größe der Partikel
von dem Kraftstoff, der durch die Piezoeinspritzeinrichtungen 10 gesprüht wird,
wie dies vorstehend beschrieben ist, von dem Durchmesser und der
Länge der
Sprühlöcher 32 und
von dem Druck in der Common-Rail 6 ab.
Je höher
der Druck in der Common-Rail 6 ist, desto stärker ist
die Zerstäubung
des Kraftstoffs, der aus dem Piezoeinspritzeinrichtungen 10 gesprüht wird.
Dies führt
jedoch zu einer Zunahme der Verteilung der Partikel des gesprühten Kraftstoffs.
Folglich wird selbst dann, wenn ein Teil der Kraftstoffpartikel
eine kleinere Größe als ein
erwünschter
oberer Grenzwert erhält,
der Rest größer als
dieser sein, was zu einer Verminderung der Abgasemissionseigenschaften
des Verbrennungsmotors 1 führen kann.
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Um
das vorstehend beschriebene Problem zu mildern, arbeitet der Mikrocomputer 62,
wie dies in 6(b) gezeigt ist, so, dass die
Düsennadel 34 vertikal
hin- und hergehend bewegt wird (eine Oszillation bewirkt wird),
das heißt
eine Änderung
des Anhebebetrags der Düsennadel 34 in
zyklischer Weise mehrfach für
eine Solleinspritzdauer bewirkt wird, um Kraftstoffdruckpulsationen
innerhalb von jeder der Piezoeinspritzeinrichtungen 10 zu
erzeugen. Dies verstärkt
den Zerfall der Flüssigkeitssäule (liquid
column break-up) des Kraftstoffs nach dem Einspritzen aus den Sprühlöchern 32 synchron
zu einer Änderung des
Anhebebetrages der Düsennadel 34,
d. h. Druckpulsationen, wodurch die Gleichförmigkeit der Größe der Partikel
des aus den Piezoeinspritzeinrichtungen 10 gesprühten Kraftstoffs
verbessert wird. Genauer gesagt hält der Mikrocomputer 62 jede
der Piezoeinspritzeinrichtungen 10 offen und ändert den
Anhebebetrag der Düsennadel 34 mehrfach,
d. h. er bewirkt eine Oszillation der Düsennadel 34 in vertikaler
Richtung in der Solleinspritzdauer, wodurch die Verschlechterung
der Piezoeinspritzeinrichtung 10 im Vergleich zu dem Fall
verringert wird, bei dem die Düsennadel 34 auf
den Nadelsitz 33 vollständig
in der Einspritzdauer gesetzt wird. Der Mikrocomputer 62 ändert außerdem den
Zyklus (was auch als ein Anhebezyklus nachstehend bezeichnet ist),
bei dem der Anhebebetrag der Düsennadel 34 erhöht wird
und dann verringert wird, um die Größe der Partikel von dem aus
den Piezoeinspritzeinrichtungen 10 gesprühten Kraftstoff
zu regulieren. 7 zeigt die Beziehung zwischen
der Häufigkeit
des Anhebezyklus, dem Druck des Kraftstoffs in der Common-Rail 6 und der
Größe der Partikel
von dem aus den Piezoeinspritzeinrichtungen 10 gesprühten Kraftstoff.
Die Beziehung zeigt, dass, wenn die Frequenz (Häufigkeit) von dem Anhebezyklus
höher ist,
die Partikel von dem aus den Piezoeinspritzeinrichtungen 10 gesprühten Kraftstoff
umso kleiner sind.
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Der
Mikrocomputer 62 bestimmt einen minimalen Anhebebetrag
der Düsennadel 34 in
dem Anhebezyklus so, dass die Querschnittsfläche S von einer Kraftstoffströmungsbahn,
die gemäß 8 durch die
Düsennadel 34 und
den Nadelsitz 33 definiert ist, größer als die Querschnittsfläche s von
der Öffnung von
jedem der Sprühlöcher 32 sein
kann. Genauer gesagt ist die Querschnittsfläche s von den Sprühlöchern 32 in
einer Strömungsbahn,
durch die der im Inneren der Piezoeinspritzeinrichtung 10 befindliche Kraftstoff
nach außen
gespritzt wird, am Kleinsten, so dass die Sprühlöcher 32 als eine Blende
oder Drossel dienen, deren Größe ausreichend
ist, um die Drosseleffekte zu ignorieren, die sich durch den Zwischenraum
zwischen der Düsennadel 34 und
dem Nadelsitz 33 ergeben. Dadurch wird die Abhängigkeit der
Form des Sprühnebels
des Kraftstoffs aus den Piezoeinspritzeinrichtungen 10 von
der Mitte einer Änderung
des Hebebetrags der Düsennadel 34 beseitigt,
wodurch ermöglicht
wird, dass die Größe der Partikel
des gesprühten
Kraftstoffs auf einen erwünschten
Wert als eine Funktion der Häufigkeit
des Anhebezyklus reguliert wird. Wenn im Gegensatz dazu der Anhebebetrag
der Düsennadel 34 bei
dem Anhebezyklus minimal wird und die Querschnittsfläche S von
der Kraftstoffströmungsbahn,
die durch die Düsennadel 34 und
den Nadelsitz 33 definiert ist, kleiner als die Querschnittsfläche s von
der Öffnung von
jedem der Sprühlöcher 32 ist,
wird dadurch bewirkt, dass die Drosseleffekte, die sich aus dem
Zwischenraum zwischen der Düsennadel 34 und
dem Nadelsitz 33 ergeben, jene der Sprühlöcher 32 überwiegen,
was zu einer großen
Abhängigkeit
der Form des Sprühnebels
des Kraftstoffs aus den Piezoeinspritzeinrichtungen 10 von
der Mitte einer Änderung des
Anhebebetrags der Düsennadel 34 führt. Dies macht
eine Einstellung der Mitte der Änderung
des Anhebebetrages der Düsennadel 34 auf
jene Einstellung erforderlich, die erforderlich ist, um eine erwünschte Form
eines Sprühnebels
aus Kraftstoff aus den Piezoeinspritzeinrichtungen 10 zu
erzielen oder um deren Steuerung genau auszuführen.
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Genauer
gesagt ist der Mikrocomputer 62, wie dies aus den 9(a) und 9(b) ersichtlich ist,
so gestaltet, dass er die piezoelektrische Vorrichtung 52 von
jeder der Piezoeinspritzeinrichtungen 10 zyklisch die Solleinspritzdauer
lang auflädt
und entlädt,
um den Anhebebetrag der Düsennadel 34 bei
einer erwünschten
Frequenz zu ändern. 10 zeigt Funktionsblöcke in dem
Mikrocomputer 62 zum Ausführen eines derartigen zyklischen
Auflade-/Entladungsbetriebs.
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Der
Mikrocomputer 62 hat einen Frequenzeinstellabschnitt B10,
einen Verzögerungszeitbestimmungsabschnitt
B12, einen Spielraumbestimmungsabschnitt B14, einen Antriebsstartzeitbestimmungsabschnitt
B16, einen Vergleichsabschnitt B18, einen Wahlabschnitt B20 und
einen Einspritzbeendungszeitpunktbestimmungsabschnitt B22.
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Der
Frequenzeinstellabschnitt B10 arbeitet so, dass er eine Frequenz
(Häufigkeit)
f von dem Anhebezyklus auf der Grundlage eines tatsächlichen Drucks
des Kraftstoffs in der Common-Rail 6, der durch den Kraftstoffdrucksensor 20 gemessen
wird, und einer erforderlichen Größe der Partikel des Kraftstoffs,
die aus den Piezoeinspritzeinrichtungen 10 gesprüht werden,
einstellt. Dies ist so, weil der Druck in der Common-Rail 6 und
die Größe der Partikel
des Sprühnebels
aus Kraftstoff die in 7 gezeigte Beziehung haben.
Beispielsweise bestimmt der Frequenzeinstellabschnitt B10 die Frequenz
f durch ein Aufsuchen von Werten unter Verwendung einer Zuordnung.
Genauer gesagt wird der Wert der Frequenz f experimentell vorbestimmt,
was erforderlich ist, um eine erwünschte Form eines Sprühnebels
aus Kraftstoff zu erzielen, die durch die Piezoeinspritzeinrichtungen 10 als
eine Funktion von dem Druck in der Common-Rail 6 erzeugt
werden soll, und dieser wird als die Zuordnung in dem Mikrocomputer 62 gespeichert.
Die erwünschte
Form des Sprühnebels
aus Kraftstoff wird für
jeden der Betriebsbereiche des Verbrennungsmotors 1 bestimmt.
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Die
Frequenz (Häufigkeit)
f kann alternativ gemäß 10 als
eine Funktion der Temperatur des Kraftstoffs bestimmt werden, die
durch den Temperatursensor 22 gemessen wird. Dies ist so,
weil die Form des Sprühnebels
aus Kraftstoff, die durch die Piezoeinspritzeinrichtungen 10 erzeugt
wird, auch von dem Zustand eines Strömungsfeldes abhängig ist,
der beispielsweise durch die Reynolds-Zahl ausgedrückt wird,
und die Viskosität
des Kraftstoffs ist einer der Parameter außer dem Druck des Kraftstoffs, der
mit dem Zustand des Strömungsfeldes
in Wechselbeziehung steht und von seiner Temperatur abhängig ist.
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Der
Verzögerungszeitbestimmungsabschnitt
B12 arbeitet so, dass er eine Verzögerungszeit Tdelay bestimmt,
die gemäß 9(b) eine Zeitspanne ist, die erforderlich ist,
damit der Anhebebetrag der Düsennadel 34 einen
minimalen Wert Lmin (d. h. einen unteren Grenzwert) von einem Bereich erreicht,
in dem die Querschnittsfläche
S von der Kraftstoffströmungsbahn,
die durch die Düsennadel 34 und
den Nadelsitz 33 definiert ist, wie dies vorstehend beschrieben
ist, größer als
die Querschnittsfläche
s von der Öffnung
von jedem der Sprühlöcher 32 ist.
Genauer gesagt nimmt die Menge an elektrischer Energie, die in der
piezoelektrischen Vorrichtung 52 zu speichern ist, wie
dies vorstehend beschrieben ist, proportional zu der Länge der
Zeit zu, die die piezoelektrische Vorrichtung 52 aufgeladen
wird. Der Anhebebetrag der Düsennadel 34 wird
direkt als eine Funktion der Menge an in der piezoelektrischen Vorrichtung 52 gespeicherten
Energie bestimmt. Die in der piezoelektrischen Vorrichtung 52 gespeicherte Energie
und der Anhebebetrag der Düsennadel 34 hängen von
dem tatsächlichen
Druck des Kraftstoffs in der Common-Rail 6 ab. Genauer
gesagt hängt
die Energie, die zu der piezoelektrischen Vorrichtung 52 aufzuladen
ist zum Anheben der Düsennadel 34 bis zu
dem minimalen Wert Lmin, von dem Druck des Kraftstoffs in der Common-Rail 6 ab,
was bedeutet, dass der minimale Wert Lmin sich mit einer Änderung des
Drucks des Kraftstoffs in der Common-Rail 6 ändert. Der
Verzögerungszeitbestimmungsabschnitt B12
bestimmt daher die Verzögerungszeit
Tdelay als eine Funktion von dem Druck des Kraftstoffs in der Common-Rail 6 durch
ein Aufsuchen eines Wertes unter Verwendung einer Zuordnung, die
eine Beziehung zwischen dem Druck des Kraftstoffs in der Common-Rail 6 und
der Zeitspanne auflistet, die erforderlich ist, um die Düsennadel 34 bis
zu dem minimalen Wert Lmin anzuheben (d. h. die Verzögerungszeit
Tdelay).
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Der
Spielraumbestimmungsabschnitt B14 arbeitet so, dass er einen Spielraum
(Spanne) Tcusion bestimmt, wie dies in 9(b) gezeigt
ist, der zwischen dem minimalen Wert Lmin und einem minimalen Anhebebetrag
der Düsennadel 34 eingestellt wird,
wenn diese oszilliert, d. h. sich hin und her bewegt. Der minimale
Anhebebetrag ist der Wert, der die Möglichkeit beseitigt, dass die
Düsennadel 34 sich
nach unten bis unterhalb des minimalen Wertes Lmin bewegt. Die Bestimmung
von dem Spielraum Tcusion wird unter der Bedingung gemacht, dass
die Aufladezeit und die Entladungszeit für die piezoelektrische Vorrichtung 52 bei
dem Anhebezyklus, bei dem die Düsennadel 34 vertikal
oszilliert, konstant gehalten werden. Die Anfangsgeschwindigkeit,
mit der die piezoelektrische Vorrichtung 52 entladen wird,
nimmt zu, wenn die elektrische Spannung, die an der piezoelektrischen
Vorrichtung 52 unmittelbar vor dem Entladen auftritt, ansteigt.
Daher führt
eine Abnahme der Frequenz f des Anhebezyklus zu einer Zunahme der
Zeitspanne, die die piezoelektrische Vorrichtung 52 aufgeladen
wird, was die elektrische Spannung an der piezoelektrischen Vorrichtung 52 erhöht, womit
sich die Anfangsgeschwindigkeit des Entladens der piezoelektrischen
Vorrichtung 52 so erhöht,
dass der Zusammenziehbetrag der piezoelektrischen Vorrichtung 52,
der durch einen einmaligen Aufladevorgang auftritt, zunimmt. Folglich
bestimmt der Spielraumbestimmungsabschnitt B14 den Spielraum Tcusion
als eine Funktion der Frequenz f von dem Anhebezyklus.
-
Der
Antriebsstartzeitbestimmungsabschnitt B16 arbeitet so, dass er einen
Antriebsstartzeitpunkt T0 gemäß 9(b) bestimmt, bei dem die piezoelektrische Vorrichtung 52 betätigt werden
soll, um die Piezoeinspritzeinrichtung 10 zu öffnen, auf
der Grundlage von dem Solleinspritzzeitpunkt Tsoi, der durch den
Mikrocomputer 62 bestimmt wird und bei dem die Piezoeinspritzeinrichtung 10 mit
dem Sprühen
des Kraftstoffs beginnen soll, und von einem tatsächlichen
Druck des Kraftstoffs in der Common-Rail 6, der durch den Drucksensor 20 gemessen
wird. Der Antriebsstartzeitbestimmungsabschnitt B16 berechnet als
den Antriebsstartzeitpunkt T0 den Zeitpunkt, der der Solleinspritzzeit
entsprechend, minus einer Ansprechzeitverzögerung zwischen dem Start des Aufladens
der piezoelektrischen Vorrichtung 52 und dem eigentlichen
oder tatsächlichen Öffnen der
Düsennadel 34.
Die Ansprechverzögerungszeit ändert sich
als eine Funktion von dem Druck des Kraftstoffs in der Common-Rail 6.
Der Antriebsstartzeitbestimmungsabschnitt B16 bestimmt daher den
Antriebsstartzeitpunkt T0 auf der Grundlage der Solleinspritzzeit
und des Drucks des Kraftstoffs, der durch den Drucksensor 20 gemessen
wird.
-
Der
Vergleichsabschnitt B18 arbeitet so, dass er die Summe aus der Antriebsstartzeit
T0, dem Spielraum Tcusion und der Zeitverzögerung Tdelay mit der Zeit
t vergleicht.
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Der
Wahlabschnitt B20 spricht auf ein Abgabesignal von dem Vergleichsabschnitt
B18 an, um den Wert seines Abgabesignals von Null (0) auf die Frequenz
f zu schalten, die von dem Frequenzeinstellabschnitt B10 ausgegeben
wird, wenn die Zeit t die Summe aus der Antriebsstartzeit T0, den
Spielraum Tcusion und der Zeitverzögerung Tdelay überschreitet.
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Der
Einspritzbeendungszeitbestimmungsabschnitt B22 arbeitet so, dass
er einen Einspritzbeendigungszeitpunkt Tstop, der der Zeitpunkt
ist, bei dem das Einspritzen des Kraftstoffs aus den Piezoeinspritzeinrichtungen 10 beendet
werden soll, auf der Grundlage der Solleinspritzzeitabstimmung Tsoi
und der Solleinspritzdauer bestimmt.
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Wie
dies aus der vorstehend dargelegten Erörterung hervorgeht, beginnt,
wenn die Summe aus dem Spielraum Tcusion und der Zeitverzögerung Tdelay
seit der Antriebsstartzeit T0 verstrichen ist, der Mikrocomputer 62 mit
dem zyklischen Ändern des
Anhebebetrages der Düsennadel 34,
d. h. er bringt die Düsennadel 34 in
einem Zyklus in seiner axialen Richtung zu einer Oszillationsbewegung
(hin- und hergehende Bewegung). Das Aufladen der piezoelektrischen
Vorrichtung 52 kann bewirkt werden, indem der Aufladeschalter 74 zyklisch
während
der Aufladezeit ein- und ausgeschaltet wird, was durch die Frequenz
f des Anhebezyklus bestimmt wird. Dies macht jedoch eine Zunahme
einer Schaltfrequenz erforderlich, bei der der Aufladeschalter 74 zyklisch
ein- und ausgeschaltet wird. Es ist daher ratsam, dass der Aufladeschalter 74 einmal
innerhalb der Aufladezeit eingeschaltet und ausgeschaltet wird.
Genauer gesagt führt
innerhalb der Aufladezeit, die durch die Frequenz f bestimmt wird,
der Mikrocomputer 62 einen Schaltvorgang einmal aus, durch den
der Aufladeschalter 74 eingeschaltet wird, um die durch
die piezoelektrische Vorrichtung 52 fließende elektrische
Stromstärke
allmählich
zu erhöhen, und
er schaltet dann diesen aus, um diese elektrische Stromstärke allmählich zu
verringern. Es ist außerdem
ratsam, dass die Einschaltdauer von dem Aufladeschalter 74 so
bestimmt wird, dass das Zeitintervall von dem Beginn des Aufladens
der piezoelektrischen Vorrichtung 52 bis zu dem Zeitpunkt,
bei dem die durch die piezoelektrische Vorrichtung fließende Stromstärke auf
im Wesentlichen Null (0) abnimmt, mit der vorstehend beschriebenen
Aufladezeit übereinstimmt.
-
Das
Kraftstoffeinspritzsteuersystem von diesem Ausführungsbeispiel liefert die
folgenden nützlichen
Effekte.
- 1. Bei der Solleinspritzdauer, bei
der die Piezoeinspritzeinrichtungen 10 offen sind, bewegt
sich die Düsennadel 34 zyklisch
nach oben und nach unten oder wird einige Male oszilliert (hin-
und hergehend bewegt), wodurch die Gleichförmigkeit der Größe der zerstäubten Partikel
des Kraftstoffs, der aus den Sprühlöchern 72 gespritzt
wird, verbessert wird.
- 2. Die Düsennadel 34 wird
hin- und hergehend bewegt, während
die Piezoeinspritzeinrichtung 10 offen gehalten wird, was
zu einer Abnahme der Häufigkeit
führt,
mit der die Düsennadel 34 auf den
Nadelsitz 33 gesetzt wird, was die Verschlechterung der
Piezoeinspritzeinrichtungen 10 verlangsamt.
- 3. Der minimale Anhebebetrag der Düsennadel 34 bei dem
Anhebezyklus wird so bestimmt, dass die Querschnittsfläche S von
der Kraftstoffströmungsbahn,
die durch die Düsennadel 34 und den
Nadelsitz 33 definiert ist, größer als die Querschnittsfläche s von
der Öffnung
von jedem der Sprühlöcher 32 ist,
wodurch die Steuerung der Größe der zerstäubten Partikel
des Kraftstoffs, die aus den Piezoeinspritzeinrichtungen 10 gesprüht werden,
erleichtert wird.
- 4. Der Anhebezyklus, bei dem der Anhebebetrag der Düsennadel 34 geändert wird,
wird als eine Funktion von dem Druck des Kraftstoffs in der Common-Rail 6 bestimmt,
wodurch die Frequenz f zu dem Druck des Kraftstoffs, der zu den
Piezoeinspritzeinrichtungen 10 geliefert wird, passt.
- 5. Der Anhebezyklus wird als eine Funktion von der Temperatur
des Kraftstoffs, der zu den Piezoeinspritzeinrichtungen 10 geliefert
wird, bestimmt, wodurch die Frequenz f zu der Temperatur des Kraftstoffs
passt.
- 6. Die Einstellung von dem Anhebebetrag der Düsennadel 34 wird
erzielt, indem der Betrag der elektrischen Energie, mit der die
piezoelektrische Vorrichtung 52 aufgeladen wird, gesteuert
wird, wodurch die Einfachheit des Steuerns von einer zyklischen Änderung
des Anhebebetrages der Düsennadel 34 erleichtert
wird.
- 7. Der Dieselmotor 1 ist ein Verbrennungsmotor, bei
dem der in die Verbrennungskammer 11 gesprühte Kraftstoff
selbstzündend
ist, so dass die Leistungsabgabeeigenschaften von dem Dieselmotor 1 gegenüber der
Größe der Partikel
von dem gesprühten
Kraftstoff sensibel sind. Das Kraftstoffeinspritzsteuersystem von
diesem Ausführungsbeispiel
ist somit so gestaltet, dass die Änderung des Anhebebetrages
der Düsennadel 34 zyklisch
geschieht, wodurch die Steuerung der Abgabeleistung von dem Verbrennungsmotor 1 erleichtert
wird. Der Dieselmotor 1 ist von einer Zylindereinspritzart,
bei der die Sprühlöcher 32 von
jeder der Piezoeinspritzeinrichtungen 10 direkt zu der
Verbrennungskammer 11 freigelegt sind, so dass die Größe von dem
Kopf der Piezoeinspritzeinrichtungen 10 von der Größe oder dem
Durchmesser der Verbrennungskammer 11 abhängig ist.
Dies führt
zu einer Schwierigkeit beim Einbau einer beliebigen Vorrichtung
in die Piezoeinspritzeinrichtungen 10 zum Erzeugen der Druckpulsationen
des Kraftstoffs in diesen. Dieses Problem ist bei dem Kraftstoffeinspritzsteuersystem
von diesem Ausführungsbeispiel
beseitigt, indem der Anhebebetrag der Düsennadel 34 zyklisch
so geändert
wird, dass Druckpulsationen sich entwickeln, ohne dass der Kopf
der Piezoeinspritzeinrichtungen 10 größer gestaltet wird.
-
Das
Kraftstoffeinspritzsteuersystem von einem zweiten Ausführungsbeispiel
ist nachstehend beschrieben.
-
Das
Kraftstoffeinspritzsteuersystem von diesem Ausführungsbeispiel ist anders als
bei dem ersten Ausführungsbeispiel
so gestaltet, dass die Amplitude von einer zyklischen Änderung
des Anhebebetrages der Düsennadel 34 unabhängig von
der Frequenz f des Anhebezyklus konstant gehalten wird. Diese Steuerung
wird erzielt, indem der Anhebebetrag der Düsennadel 34 als eine
Funktion der elektrischen Spannung reguliert wird, die an der piezoelektrischen
Vorrichtung 52 auftritt, die eine elektrische Zustandsgröße von dieser
repräsentiert.
Die 11(a) und 11(b) zeigen
einen Kraftstoffeinspritzsteuerbetrieb, der durch den Mikrocomputer 62 ausgeführt wird,
um den Anhebebetrag der Düsennadel 34 zu
steuern.
-
Beim
Eintritt in den Nadelanhebesteuermodus, der bereits vorstehend bei
dem ersten Ausführungsbeispiel
beschrieben ist, lässt
der Mikrocomputer 62 die an der piezoelektrischen Vorrichtung 52 auftretende
elektrische Spannung zyklisch zwischen einem oberen Grenzwert Vt
und einem unteren Grenzwert Vb schwingen (eine Oszillation). Der
untere Grenzwert Vb wird so gewählt,
dass der Anhebebetrag der Düsennadel 34 oberhalb
des minimalen Wertes Lmin gehalten wird, wie dies in 9(b) gezeigt ist. Der Betrag der Ausdehnung von
der piezoelektrischen Vorrichtung 52 hängt, wie dies vorstehend beschrieben ist,
von ihrer Temperatur ab. Der untere Grenzwert Vb wird vorzugsweise
so bestimmt, dass ein Fehler bei dem Anhebebetrag der Düsennadel 34 ausgeglichen
wird, der sich aus einer Änderung
der Temperatur der piezoelektrischen Vorrichtung 52 ergibt,
um die Düsennadel 34 bis
oberhalb des minimalen Wertes Lmin stets während des Anhebezyklus angehoben
zu halten. Der untere Grenzwert Vb kann als eine Funktion einer Änderung
der Temperatur der piezoelektrischen Vorrichtung 52 geändert werden.
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Genauer
gesagt lädt
der Mikrocomputer 62 die piezoelektrische Vorrichtung 52 auf,
bis die elektrische Spannung den oberen Grenzwert Vt erreicht hat,
hält er
das Aufladen der piezoelektrischen Vorrichtung 52 an bis
zu dem Ablauf der Aufladezeit, d. h. bis zu dem Ende eines Zyklus
T, d. h. ein Reziprok von der Frequenz f, lässt er die piezoelektrische
Vorrichtung 52 entladen, bis die elektrische Spannung den
unteren Grenzwert Vb erreicht hat, und hält dann die Entladung von der
piezoelektrischen Vorrichtung 52 an bis zu dem Ende der
Entladungszeit innerhalb des Zyklus T. Der Mikrocomputer 62 führt eine
derartige Abfolge von Aufladevorgängen/Entladungsvorgängen aus,
damit, wie dies in 11(b) ersichtlich ist,
die Düsennadel 34 zwischen
einer unteren Position Lb, die dem unteren Grenzwert Vb entspricht, und
einer oberen Position Lt, die dem oberen Grenzwert Vt entspricht,
sich hin- und hergehend bewegt.
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Das
Kraftstoffeinspritzsteuersystem von sowohl dem ersten als auch dem
zweiten Ausführungsbeispiel
kann wie folgt abgewandelt werden.
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Bei
sowohl dem ersten als auch dem zweiten Ausführungsbeispiel wird die Frequenz
f von dem Anhebezyklus erhöht
bei einer Abnahme der erforderlichen Größe der zerstäubten Kraftstoffpartikel,
die durch die Piezoeinspritzeinrichtungen 10 erzeugt werden.
Die Frequenz f kann jedoch auf der Grundlage der in 12 gezeigten
Beziehung zwischen der Größe der Partikel
des Kraftstoffs, nach dem Einsprühen
aus dem Piezoeinspritzeinrichtungen 10, und der Frequenz
f verringert werden zum Zwecke des Zerstäubens der Partikel des Kraftstoffs,
die aus den Piezoeinspritzeinrichtungen 10 gesprüht werden.
Genauer gesagt führt
die Abnahme der Frequenz f zu einer Zunahme der Größe der Kraftstoffpartikel,
die aus den Sprühlöchern 32 gesprüht werden,
wobei jedoch, wenn die Größe der Partikel
des Kraftstoffs bis über
ein gewisses Maß zunimmt,
dies bewirkt, dass die Partikel, nachdem sie aus den Sprühlöchern 32 gesprüht worden
sind, in eine Vielzahl an kleineren Partikeln aufbrechen. Unter
Anwendung dieses Phänomens
kann die Größe der Kraftstoffpartikel,
nachdem sie aus den Sprühlöchern 32 gesprüht worden
sind, verkleinert werden.
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Das
Kraftstoffeinspritzsteuersystem bei sowohl dem ersten als auch dem
zweiten Ausführungsbeispiel
kann alternativ so angewendet werden, dass die Gleichförmigkeit
der Größe der Partikel
des Kraftstoffs, der aus den Piezoeinspritzeinrichtungen 10 gesprüht wird,
verwirklicht wird, wenn eine Zunahme derselben erforderlich ist.
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Die
piezoelektrische Vorrichtung
52 kann in einer anderen Art
und Weise außer
derjenigen, die in den
4(a) bis
4(d) gezeigt ist, aufgeladen oder entladen werden.
Beispielsweise kann der Mikrocomputer
62 so gestaltet sein,
dass er den Aufladeschalter
74 ausschaltet, wenn der durch
die piezoelektrische Vorrichtung
52 fließende elektrische Strom
einen vorgegebenen Wert erreicht, und dann dieser eingeschaltet
wird, wenn der elektrische Strom abnimmt und den Wert Null (0) erreicht,
um die piezoelektrische Vorrichtung
52 aufzuladen. Der
Mikrocomputer
62 kann alternativ so gestaltet werden, dass
er die elektrische Energie, die bei der piezoelektrischen Vorrichtung
52 angewendet
wird, in einem Rückführmodus
steuert, um diese in der gleichen Art und Weise aufzuladen, wie
dies in der japanischen Patenterstveröffentlichung
JP 2005-39 990 A gelehrt wird,
auf deren Offenbarung hierbei Bezug genommen wird.
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Die
Chopperschaltung, die so wirkt, dass die piezoelektrische Vorrichtung
52 aufgeladen
oder entladen wird, kann unter Anwendung des Rücklaufstromes eines Wandlers
gestaltet sein, wie dies in der japanischen Patenterstveröffentlichung
JP 8-177 678 A gelehrt
wird, auf deren Offenbarung hierbei Bezug genommen wird. Das Aufladen
oder Entladen der piezoelektrischen Vorrichtung
52 kann
alternativ in einer beliebigen anderen Art und Weise außer der Choppersteuerung
ausgeführt
werden.
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Die
Düsennadel 34 kann
alternativ in einer anderen Art und Weise außer jener in den 9(a) und 9(b) oder
in den 11(a) und 11(b) gezeigten
Möglichkeit
zu einer hin- und hergehenden Bewegung gebracht werden. Beispielsweise
kann der Mikrocomputer 62 so gestaltet sein, dass die Düsennadel 34 entlang
einer Sinuskurve oder bei unregelmäßigen Intervallen zu einer
hin- und hergehenden Bewegung gebracht wird. Der Mikrocomputer 62 kann
auch so gestaltet sein, dass er den Anhebebetrag der Düsennadel 34 im
Hinblick auf die Einstellung der Einspritzrate der Piezoeinspritzeinrichtungen 10 bestimmt
und er die Düsennadel 34 oberhalb des
minimalen Wertes Lmin zu einer hin- und hergehenden Bewegung bringt, wodurch
die Steuerung der Größe von den
zerstäubten
Kraftstoffpartikeln mit einer hohen Genauigkeit erleichtert wird.
Der Mikrocomputer 62 kann die Düsennadel 34 über dem
minimalen Wert Lmin zu einer hin- und
hergehenden Bewegung bringen. Dies erleichtert außerdem die Gleichförmigkeit
der Größe der zerstäubten Kraftstoffpartikel.
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Das
Kraftstoffeinspritzsteuersystem kann Piezoeinspritzeinrichtungen 10a anwenden,
wie dies in 13 gezeigt ist. In 13 beziehen
sich die gleichen Bezugszeichen wie in 2 auf die
gleichen Teile. Die Piezoeinspritzeinrichtung 10a hat die
piezoelektrische Vorrichtung 52, die direkt mit der Düsennadel 34 verbunden
ist, wodurch die Übertragung eines
Hubs von der piezoelektrischen Vorrichtung 52 zu der Düsennadel 34 ohne
eine Ansprechverzögerung,
die sich von einer Absorbiertätigkeit
des Kraftstoffs ergibt, wie bei den Piezoeinspritzeinrichtungen 10 von 2 sichergestellt
ist.
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Die
Piezoeinspritzeinrichtung 10a ist von einer normalerweise
offenen Art, bei der dann, wenn die piezoelektrische Vorrichtung 52 aufgeladen
wird, die Sprühlöcher 32 geschlossen
sind, und dann, wenn die piezoelektrische Vorrichtung 52 entladen wird,
die Sprühlöcher 32 offen
sind. Die Piezoeinspritzeinrichtung 10a kann alternativ
als eine normalerweise geschlossene Art gestaltet sein, die ein U-förmiges Verbindungsstück aufweist,
das zwischen der piezoelektrischen Vorrichtung 52 und der Düsennadel 34 so
angeordnet ist, dass der piezoelektrischen Vorrichtung 52 eine
Ausdehnung von dem Körper
der Piezoeinspritzeinrichtung 10 nach hinten ermöglicht wird,
um die Sprühlöcher 32 zu öffnen.
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Das
Kraftstoffeinspritzsteuersystem kann alternativ Kraftstoffeinspritzeinrichtungen,
die mit einem Schrittmotor ausgestattet sind, der als ein Aktuator
arbeitet, der die Düsennadel 34 schrittweise
bewegt, anstelle der piezoelektrischen Vorrichtung 52 anwenden.
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Das
Kraftstoffeinspritzsteuersystem kann alternativ so gestaltet sein,
dass ein Benzinmotor anstelle des Dieselmotors 1 gesteuert
wird. In dem Fall eines Motors der Zylindereinspritzart ist die
Leistungskennlinie des Verbrennungsmotors sensibel gegenüber der
Größe der Partikel
des in ihn hineingespritzten Kraftstoffs, womit in großem Maße die nützlichen
Effekte erzielt werden, die vorstehend beschrieben sind. Die Zylindereinspritzart
macht, wie dies vorstehend bereits beschrieben ist, erforderlich, dass
bei den Kraftstoffeinspritzeinrichtungen die Sprühlöcher direkt zu Verbrennungskammern
freigelegt sind, so dass die Größe von dem
Kopf der Kraftstoffeinspritzeinrichtungen von der Größe oder
dem Durchmesser der Verbrennungskammer abhängig ist. Dies führt zu einer
Schwierigkeit beim Einbau einer beliebigen Vorrichtung in die Piezoeinspritzeinrichtungen 10 zum
Erzeugen der Druckpulsationen des Kraftstoffs in diesen. Dieses
Problem wird bei dem Kraftstoffeinspritzsteuersystem der vorliegenden
Erfindung beseitigt, indem der Anhebebetrag der Düsennadel 34 zyklisch
geändert
wird, um die Druckpulsationen zu entwickeln, ohne dass die Größe von dem
Kopf der Piezoeinspritzeinrichtungen erhöht wird.
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Während die
vorliegende Erfindung im Hinblick auf ihre bevorzugten Ausführungsbeispiele
offenbart ist, um ein besseres Verständnis derselben zu erleichtern,
sollte offensichtlich sein, dass die vorliegende Erfindung in verschiedenen
anderen Weisen ausgeführt
werden kann, ohne von dem Prinzip der Erfindung abzuweichen. Daher
sollte verständlich
sein, dass die vorliegende Erfindung sämtliche möglichen Ausführungsbeispiele
und Abwandlungen gegenüber
den gezeigten Ausführungsbeispielen umfasst,
die ausgeführt
werden können,
ohne von dem Prinzip der Erfindung abzuweichen, das in den beigefügten Ansprüchen aufgeführt ist.
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Das
Kraftstoffeinspritzsystem für
den Verbrennungsmotor ist so vorgesehen, das es eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung
aufweist, die mit einem Aktuator und einer Düsennadel ausgestattet ist.
Der Aktuator arbeitet so, dass er die Düsennadel anhebt, um Kraftstoff
in einen Verbrennungsmotor einzuspritzen. Eine Steuereinrichtung
steuert den Betrieb von dem Aktuator so, dass ein Anhebebetrag der
Düsennadel
eine vorgegebene Häufigkeit
eine Solleinspritzdauer lang geändert
wird, wodurch die Gleichförmigkeit
der Größe der zerstäubten Partikel
des Kraftstoffs, der aus der Kraftstoffeinspritzeinrichtung gesprüht wird,
sichergestellt wird.