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Die vorliegende Erfindung betrifft eine piezoelektrische Kraftstoffeinspritzvorrichtungs-Antriebsschaltung zum Antrieb einer piezoelektrischen Vorrichtung und eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung.
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Die Druckschrift
DE 197 55 601 A1 offenbart eine Schaltungsanordnung zum Laden und/oder Entladen von kapazitiven Lasten. In dieser Druckschrift ist beschrieben, dass Piezoaktoren verlustbehaftet sind, und es wird vorgeschlagen, eine Energiebilanz über den Auflade- und Entladevorgang über einen Pufferkondensator zu verwenden, wodurch ein Verlustfaktor ermittelt wird.
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Die Druckschrift
DE 600 18 385 T2 beschreibt eine Bestimmung der Temperatur eines piezoelektrischen Elements unter Verwendung eines Energiebilanzmodells des piezoelektrischen Elements, da eine direkte Messung der Temperatur eines piezoelektrischen Elements schwierig ist.
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Die Druckschrift
DE 199 58 262 B4 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Aufladen eines piezoelektrischen Aktors. Gemäß diese Druckschrift soll erreicht werden, dass der Aktor unabhängig von Temperatureinflüssen oder einer alterungsbedingten Änderung seine Kapazität auf eine definierte Spannung aufgeladen wird. Es wird vorgeschlagen eine am Aktor anliegende Spannung zu messen und das Aufladen des Aktors auf eine vorgegebene Spannung in Abhängigkeit von der gemessenen Spannung zu regeln. Aus der gemessenen Spannung und der vorgegebenen Spannung wird die Energie berechnet, die dem Aktor zugeführt werden muss, um die Spannung am Aktor auf die gemessene Spannung zu erhöhen und dem Aktor die berechnete Energie zuzuführen.
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Bisher kann in einer Dieselbrennkraftmaschine eine sogenannte Mehrstufeneinspritzsteuerung verwendet werden, um ein Kraftstoffeinspritzventil derart zu steuern, das es mehrfach innerhalb eines Verbrennungszyklus elektrisch betrieben bzw. betätigt wird, damit eine entsprechende Vielzahl von Kraftstoffeinspritzungen zum Zwecke der Verbesserung von Abgascharakteristiken und zur Unterdrückung von Maschinengeräuschen durchgeführt wird.
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In der vorstehend beschriebenen Steuerung weist die Antriebsschaltung, die elektrische Energie einem Betätigungsglied des Kraftstoffeinspritzventils zuführt, einen hohen Heizwert auf. Insbesondere ist, wenn die Drehzahl der Dieselbrennkraftmaschine hoch ist, das Zeitintervall zwischen den jeweiligen Einspritzungen verkürzt. Dementsprechend überschreitet bei der Einspritzung die Erwärmung die Wärmeabgabeleistungsfähigkeit zwischen den jeweiligen Einspritzungen, was zu einer Gefahr führt, dass die Temperatur der Antriebsschaltung eine obere Grenze wie eine zulässige obere Grenztemperatur überschreitet, die ausgelegt ist, um Zuverlässigkeit zu gewährleisten.
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Zusätzlich zu der Schaltungszuverlässigkeit umfasst eine weitere Berücksichtigung in Bezug auf die Temperatur die Genauigkeit. Wenn beispielsweise eine piezoelektrische Vorrichtung, die durch Laden oder Entladen angetrieben wird, als Betätigungsglied des Kraftstoffeinspritzventils verwendet wird, ändert sich die durch die piezoelektrische Vorrichtung beim Laden oder Entladen verbrauchte Energie sich entsprechend einer Änderung in der Temperatur. Aus diesem Grund ist es unmöglich, den Temperaturzustand der Antriebsschaltung mit hoher Genauigkeit zu erhalten, da ein Fehler in dem Schätzwert des Temperaturzustands der Antriebsschaltung auftritt.
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Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf das vorstehend Beschriebene gemacht, weshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin besteht, eine Antriebsschaltung anzugeben, bei der die vorstehend beschriebenen Nachteile des Stands der Technik überwunden sind.
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Die vorstehend beschriebene Aufgabe wird durch eine Antriebsschaltung gelöst, wie sie in den Patentansprüchen 1, 8 14 oder 21 angegeben ist. Weiterhin wird die Aufgabe durch eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung gelöst, wie sie in Patentanspruch 12 oder 25 angegeben ist.
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Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist die erfindungsgemäße Antriebsschaltung, die die piezoelektrische Vorrichtung entlädt oder lädt, in der Lage, einen Wert der verbrauchten Energie erhalten, die durch die Schaltung verbraucht wird.
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Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist die erfindungsgemäße Antriebsschaltung, die die piezoelektrische Vorrichtung entlädt oder lädt, in der Lage, eine Energieverbrauchsrate der Schaltung zu erhalten.
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Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist die erfindungsgemäße Antriebsschaltung, die die piezoelektrische Vorrichtung entlädt oder lädt, in der Lage, eine Verbrauchsladungsgröße der Schaltung zu erhalten.
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Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist die erfindungsgemäße Antriebsschaltung, die die piezoelektrische Vorrichtung entlädt oder lädt, in der Lage, eine Ladungsverbrauchsrate der Schaltung zu erhalten.
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Unter den vorstehend beschriebenen Umständen wird erfindungsgemäß ein Temperaturzustand der Antriebsschaltung auf der Grundlage eines Verlaufs der Anzahl vergangener Einspritzungen geschätzt und eine Anzahl zulässiger Einspritzungen bestimmt, die entsprechend dem Temperaturzustand einzustellen ist.
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Erfindungsgemäß wird die Verbrauchsenergie, die Energieverbrauchsrate, die Energieladungsgröße und die Ladungsverbrauchsrate berücksichtigt, von denen alle verwendet werden können, um den Temperaturzustand der Antriebsschaltung wiederzugeben.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
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1 eine Darstellung des Aufbaus einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung einer Common-Rail-Bauart fur eine Dieselbrennkraftmaschine gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
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2 eine schematische Darstellung des Aufbaus eines Injektors gemäß 1,
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3 ein elektrisches Schaltbild des Schaltungsaufbaus einer Antriebsschaltung, die einen piezoelektrischen Stapel des Injektors gemäß 1 antreibt,
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4 Zeitverläufe, die den zeitlichen Betrieb der Antriebsschaltung gemäß 3 veranschaulichen,
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5 Zeitverläufe, die weiterhin den zeitlichen Betrieb der Antriebsschaltung gemäß 3 veranschaulichen,
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6 ein elektrisches Schaltbild eines ersten Speisungswegs beim Laden des piezoelektrischen Stapels gemäß 3,
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7 ein elektrisches Schaltbild eines zweiten Speisungswegs beim Laden des piezoelektrischen Stapels gemäß 3,
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8 ein elektrisches Schaltbild eines dritten Speisungswegs beim Entladen des piezoelektrischen Stapels gemäß 3,
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9 ein elektrisches Schaltbild eines vierten Speisungswegs beim Entladen des piezoelektrischen Stapels gemäß 3,
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10 ein elektrisches Schaltbild eines fünften Speisungswegs beim Entladen des piezoelektrischen Stapels gemäß 3,
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11 ein Flussdiagramm eines Abnormalitätsbestimmungsprozesses gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,
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12 ein Flussdiagramm eines Speisungsperiodenkorrekturgrößen-Berechnungsprozesses gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
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13 ein Flussdiagramm des Speisungsperiodenkorrekturgrößen-Berechnungsprozesses gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel,
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14 einen Graphen, der ein Verhältnis zwischen einer Ladungsverbrauchsrate und einer Speisungsperiodenkorrekturgröße gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel veranschaulicht,
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15 Zeitverläufe, die eine Spannung des piezoelektrischen Stapels gemaß dem zweiten Ausführungsbeispiel darstellen,
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16 ein Flussdiagramm, das einen Ladungsenergiekorrekturgrößen-Berechnungsprozess gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung veranschaulicht,
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17 ein Flussdiagramm, das einen Ladungsenergiekorrekturgrößen-Berechnungsprozess gemaß dem dritten Ausführungsbeispiel veranschaulicht,
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18 einen Graphen, der ein Verhältnis zwischen einer Ladungsverbrauchsrate und einer Ladungsmengenkorrekturgröße gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel veranschaulicht,
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19 Zeitverläufe, die eine Spannung des piezoelektrischen Stapels gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel veranschaulichen,
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20 ein Flussdiagramm, das einen Einspritzfrequenz- bzw. -häufigkeitsberechnungsprozess gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung veranschaulicht,
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21 ein Kennliniendiagramm, das ein Verhaltnis zwischen einer Umgebungstemperatur und einer zulässigen Verbrauchsenergie gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel veranschaulicht,
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22 ein Flussdiagramm eines Gleichspannungshochsetzsteller-Spitzenstromberechnungsprozesses gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, und
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23 einen Kennliniengraphen, der ein Verhältnis zwischen einem Gleichspannungshochsetzstellerspitzenstrom und einer Gleichstromhochsetzstellerfähigkeit gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel veranschaulicht.
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Erstes Ausführungsbeispiel
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Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel ist eine Antriebsschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung bei einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung der Common-Rail-Bauart (Bauart mit gemeinsamer Leitung) für eine Dieselbrennkraftmaschine oder eine andere Brennkraftmaschine angewandt, die entsprechend den Prinzipien einer Brennkraftmaschine arbeitet.
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Zum besseren Verständnis der Erfindung ist nachstehend eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung der Common-Rail-Bauart und eine Antriebsschaltung beschrieben.
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1 zeigt eine Einspritzanordnung der Common-Rail-Bauart, die eine Antriebsschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet, wie es nachstehend beschrieben ist. Injektoren (Einspritzeinrichtungen) 6a, 6b, 6c und 6d sind entsprechend jeweiligen Zylindern der Brennkraftmaschine angeordnet. Hochdruckkraftstoff, der in dem Common-Rail 8 gespeichert ist, wird den Injektoren 6a, 6b, 6c und 6d uber eine Hochdruckkraftstoffzufuhrleitung 12 zugeführt. Der Hochdruckkraftstoff wird dann in die Verbrennungskammern der jeweiligen Zylinder aus den Injektoren 6a, 6b, 6c und 6d eingespritzt. Das Common-Rail 8 ist mit einer Hochdruckkraftstoffzufuhrpumpe 7 über eine Hochdruckkraftstoffzufuhrleitung 13 verbunden. Die Hochdruckkraftstoffzufuhrpumpe 7, die durch die Brennkraftmaschine mit Leistung versorgt wird, ist mit einem Kraftstofftank 10 über eine Niedrigdruckkraftstoffzufuhrleitung 14 verbunden. Kraftstoff, der in dem Kraftstofftank 10 gespeichert ist, wird zu der Hochdruckkraftstoffzufuhrpumpe 7 geleitet, nachdem Fremdmaterial aus dem Kraftstoff durch ein in der Niedrigdruckkraftstoffzufuhrleitung 14 angeordnetes Filter 11 ausgefiltert worden ist. Dann wird der Hochdruckkraftstoff mittels der Hochdruckkraftstoffzufuhrpumpe 7 zu dem Common-Rail 8 geleitet.
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Die Hochdruckkraftstoffzufuhrpumpe 7 wird durch eine Maschinensteuerungseinheit oder eine elektronische Steuerungseinheit (ECU) gesteuert. Die Steuerung wird auf der Grundlage eines Common-Rail-Drucks ausgeführt, der durch einen an dem Common-Rail 8 angebrachten Common-Rail-Drucksensor 9 erfasst wird, und der Common-Rail-Druck wird auf einen gegebenen Sollwert justiert.
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Außerdem wird der Hochdruckkraftstoff, der den Injektoren 6a, 6b, 6c und 6d aus dem Common-Rail 8 zugeführt worden ist, zum Einspritzen in die Verbrennungskammer sowie ebenfalls als gesteuerter Einspritzdruck der Injektoren 6a, 6b, 6c und 6d verwendet. Der Kraftstoff wird aus den Injektoren 6a, 6b, 6c und 6d durch eine Niedrigdruckabflussleitung 15 zu dem Kraftstofftank 10 zurückgeführt.
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Nachstehend ist der Aufbau der Injektoren 6a, 6b, 6c und 6d beschrieben. Da die Injektoren 6a bis 6d denselben Aufbau aufweisen, wird der Aufbau des Injektors 6a als ein typisches und veranschaulichendes Beispiel für alle Injektoren 6a bis 6d unter Bezugnahme auf 2 beschrieben. Der Injektor 6a weist einen stabformigen Körper auf und dringt in eine Verbrennungskammerwand einer (nicht gezeigten) Brennkraftmaschine in einen Bereich ein, der allgemein auf der unteren Seite in der Darstellung gemäß 2 angeordnet ist, und ragt zu dem Inneren der Verbrennungskammer hin vor.
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Der Injektor 6a ist in der Reihenfolge von dem Teil, der allgemein am weitest unten bzw. am nächsten an der Verbrennungskammer liegt, bis zu dem Teil, der am weitesten von der Verbrennungskammer entfernt ist, aus einem Düsenabschnitt 1a, einem Gegendrucksteuerungsabschnitt 1b und einem piezoelektrischen Betätigungsglied 1c aufgebaut.
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Eine Düsennadel 121, die in dem Düsenabschnitt 1a enthalten ist, weist ein hinteres Ende auf, das gleitfahig innerhalb eines hülsenformigen Hauptkörpers 104 gehalten wird. Die Düsennadel 121 wird auf einen ringförmigen Sitz gesetzt oder abgehoben, der an einem führenden Ende des Dusenhauptkörpers 104 geformt ist. Hochdruckkraftstoff wird aus dem Common-Rail 8 durch einen Hochdruckkanal 101, der mit der Hochdruckkraftstoffzufuhrleitung 12 in Verbindung steht, in einen äußeren umlaufenden Raum 105 des führenden Endes der Düsennadel 121 eingeführt, und der Kraftstoff wird bei Abheben der Dusennadel 121 aus einer Einspritzöffnung 103 eingespritzt. Der Kraftstoffdruck aus dem Hochdruckkanal 101 wird auf einer ringförmigen Stufenoberfläche 1211 der Düsennadel 121 in eine Abhebungsrichtung ausgeübt, die im Allgemeinen aufwärts bzw. weg von der Verbrennungskammer verlauft.
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Eine Gegendruckkammer 106 ist an der Rückseite der Düsennadel 121 geformt. Kraftstoff, der als Steuerungsöl dient, wird aus dem Hochdruckkanal 101 durch eine Ein-Mundungsöffnung 107 in die Gegendruckkammer 106 eingeführt, um den Gegendruck der Düsennadel 121 zu erzeugen. Der Gegendruck wird auf eine in der Gegendruckkammer 106 angeordnete Düsenfeder 122 und einer hinteren Endoberfläche 1212 der Düsennadel 121 in die Setzrichtung ausgeubt, die im Allgemeinen abwärts bzw. zu der Verbrennungskammer hin verläuft.
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Der Gegendruck wird durch den Gegendrucksteuerungsabschnitt 1b erhöht oder verringert, der wiederum durch das piezoelektrische Betätigungsglied 1c mit dem piezoelektrischen Stapel 127 angetrieben wird.
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Die Gegendruckkammer 106 befindet sich in kontinuierlicher Verbindung (Kommunikation) mit einer Ventilkammer 110 des Gegendrucksteuerungsabschnitts 1b über eine Aus-Mündungsöffnung 109. Die Ventilkammer 110 weist eine Deckenfläche 1101 auf, die in einer aufwartsgerichteten konischen Form geformt ist. Ein Niedrigdruckkanal 110a steht mit der Niedrigdruckkammer 111 in Verbindung (Kommunikation) und öffnet sich in die Spitze der Deckenflache 1101. Die Niedrigdruckkammer 111 steht ebenfalls mit einem Niedrigdruckkanal 102 in Verbindung, der zu der Niedrigdruckabflussleitung 15 führt. Ein Hochdruckanschluss 110b öffnet sich in eine untere Oberfläche der Ventilkammer 110 und steht mit dem Hochdruckkanal 101 durch einen Hochdrucksteuerungskanal 108 in Verbindung. Eine Kugel 123 ist innerhalb der Ventilkammer 110 angeordnet. Die Kugel 123 ist ein Ventilkörper, der vertikal beweglich ist und dessen untere Seite horizontal abgeschnitten ist. Wenn die Kugel 123 sich abwärts bewegt, wird er auf einer unteren Ventilkastenoberfläche 1102 gesetzt, der nachstehend als ”hochdruckseitiger Sitz” bezeichnet werden kann. Der hochdruckseitige Sitz 1102 fungiert als Ventilsitz an der Schnittoberfläche und schließt den Hochdruckanschluss 110b, wodurch die Ventilkammer 110 in Bezug auf den Hochdrucksteuerungskanal 108 blockiert wird. Wenn die Kugel 123 sich aufwärts bewegt, wird die Kugel 123 an die Deckenfläche 1101 gesetzt, die nachstehend als ”niedrigdruckseitiger Sitz” bezeichnet werden kann. Der niedrigdruckseitige Sitz 1101 fungiert als Ventilsitz und schließt den Niedrigdruckanschluss 110a, wodurch die Ventilkammer 110 in Bezug auf die Niedrigdruckkammer 111 blockiert wird. Mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau steht, wenn die Kugel 123 sich abwärts bewegt, die Gegendruckkammer 106 mit der Niedrigdruckkammer 111 über die Aus-Mündungsoffnung 109 und die Ventilkammer 110 in Verbindung, und der Gegendruck der Düsennadel 121 wird reduziert, um die Düsennadel 121 abzuheben (vom Sitz zu lösen).
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Demgegenüber wird, wenn die Kugel 123 sich aufwärts bewegt, die Gegendruckkammer 106 in Bezug auf die Niedrigdruckkammer 111 blockiert, und steht lediglich mit dem Hochdruckkanal 101 in Verbindung. Dann wird der Gegendruck der Düsennadel 121 erhöht, um die Düsennadel 121 zu setzen.
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Die Kugel 123 wird unter dem von dem piezoelektrischen Betätigungsglied 1c erzeugten Druck angetrieben. In dem piezoelektrischen Betätigungsglied 1c sind zwei Kolben 124 und 125, die sich im Durchmesser unterscheiden, gleitfähig in einer vertikal orientierten Öffnung 112 positioniert, die über der Niedrigdruckkammer 111 in einer vertikalen Richtung geformt ist. Der piezoelektrische Stapel 127 ist derart angeordnet, dass er sich in vertikaler Richtung über den Kolben 125 mit großem Durchmesser auf der oberen Seite ausdehnt (expandiert) oder zusammenzieht (kontrahiert).
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Der Kolben 125 mit großem Durchmesser wird mittels einer Kolbenfeder 126, die unterhalb des Kolbens 125 mit großem Durchmesser angeordnet ist, gegen den piezoelektrischen Stapel 127 anstoßend gehalten. Der Kolben 125 mit großem Durchmesser wird vertikal um eine Größe versetzt, die beispielsweise so groß wie die Ausdehnungs- oder Zusammenziehungsgroße (Expansions- oder Kontraktionsgröße) des piezoelektrischen Stapels 127 ist.
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Ein Raum, der durch den Kolben 124 mit kleinem Durchmesser auf der unteren Seite, der der Kugel 123 zugewandt ist, den Kolben 125 mit großem Durchmesser und der Längsöffnung 112 definiert ist, ist mit Kraftstoff gefüllt, um eine Versatzausdehnungskammer 113 zu formen. Wenn der Kolben 125 mit großem Durchmesser durch die Ausdehnung des piezoelektrischen Stapels 127 abwärts versetzt wird, um den Kraftstoff in die Versatzausdehnungskammer 113 zu drücken (pressen), wird die Druckkraft (Presskraft) auf den Kolben 124 mit dem kleinen Durchmesser durch den Kraftstoff der Versatzausdehnungskammer 113 übertragen. In den vorliegenden Beispielen wird, da der Kolben 124 mit kleinem Durchmesser einen kleineren Durchmesser als der Kolben 125 mit großem Durchmesser aufweist, die Größe der Ausdehnung des piezoelektrischen Stapels 127 erhöht und in den Versatz des Kolbens 124 mit kleinem Durchmesser umgewandelt.
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Wenn Kraftstoff eingespritzt wird, wird der piezoelektrische Stapel 127 zunächst geladen, um den piezoelektrischen Stapel 127 auszudehnen, was dazu führt, dass der Kolben 124 mit kleinem Durchmesser sich abwärts bewegt, um die Kugel 123 herunterzudrücken. Mit dem vorstehend beschriebenen Vorgang wird die Kugel 123 von dem niedrigdruckseitigen Sitz 1101 abgehoben und auf den hochdruckseitigen Sitz 1102 gesetzt, so dass die Gegendruckkammer 106 mit dem Niedrigdruckkanal 102 in Verbindung steht, der den Kraftstoffdruck in der Gegendruckkammer 106 verringert. Dabei wird die Kraft aus dem Hochdruckkanal 101 auf einer ringförmigen Stufenoberfläche 1211 ausgeübt. Als Ergebnis wird, da eine Kraft, die auf die Düsennadel 121 in der Abhebungsrichtung ausgeübt wird, höher als eine Kraft ist, die auf die Düsennadel 121 in die Sitzrichtung ausgeübt wird, wird die Düsennadel 121 abgehoben und beginnt die Kraftstoffeinspritzung.
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Wenn dagegen der piezoelektrische Stapel 127 durch ein Entladen des piezoelektrischen Stapels 127 zusammengezogen wird, wird die auf die Kugel 123 ausgeübte Druckkraft (Presskraft) verringert. Da der Druck innerhalb der Ventilkammer 110 niedrig ist und ein hoher Kraftstoffdruck von dem Hochdrucksteuerungskanal 108 auf die untere Oberfläche der Kugel 123 ausgeübt wird, wird insgesamt auf die Kugel 123 ein aufwärtsgerichteter Kraftstoffdruck ausgeübt. Die Verringerung der auf die Kugel 123 ausgeübte Druckkraft ermöglicht, dass sich die Kugel 123 von dem hochdruckseitigen Sitz 1102 entfernt und sich auf den niedrigdruckseitigen Sitz 1101 setzt, um den Kraftstoffdruck in der Ventilkammer 110 zu erhöhen. Als Ergebnis wird die Düsennadel 121 gesetzt, um die Einspritzung zu stoppen.
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Das piezoelektrische Betätigungsglied 1c wird durch eine (nachstehend als Betätigungsgliedantriebsschaltung bezeichnete} Antriebsschaltung für das piezoelektrische Betätigungsglied angetrieben, um den Injektor 6a zu starten und zu stoppen. Der Antrieb des piezoelektrischen Betätigungsglieds 1c wird durch Laden und Entladen des piezoelektrischen Stapels 127 ausgeführt, der den Injektor 6a bildet. Die Kraftstoffeinspritzmenge und der Einspritzzeitverlauf werden durch die ECU 2 auf der Grundlage der Betriebsgröße berechnet, die von einer externen Quelle wie einer Antriebseinrichtung (einem Treiber) zugeführt wird. Ein Befehlssignal zum Umschalten zwischen Starten und Stoppen der Einspritzung des Injektors 6a wird von der ECU 2 zu einer Antriebsschaltung 2a zugeführt, die das Laden und Entladen des piezoelektrischen Stapels 127 auf der Grundlage der Berechnungsergebnisse ausführt.
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3 zeigt ein Beispiel für eine Darstellung von beispielsweise der Antriebsschaltung 2a gemäß 1. Zur Erleichterung der Beschreibung ist der piezoelektrische Stapel 127, der vorstehend in Zusammenhang mit 2 gezeigt und beschrieben worden ist, in geeigneter Weise in 3 durch einen piezoelektrischen Stapel 1271, einen piezoelektrischen Stapel 1272, einen piezoelektrischen Stapel 1273 und einen piezoelektrischen Stapel 1274 entsprechend jeweiligen Injektoranordnungen für jeden der vier Zylinder dargestellt.
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Die Antriebsschaltung 2a weist einen Leistungsversorgungsabschnitt mit einem Gleichspannungswandler 20, der durch Zufuhr von Leistung aus einer fahrzeugeigenen Batterie Ba eine Gleichspannung von einigen zehn bis einigen hundert Volt erzeugt, und einen Kondensator 30 auf, der parallel zu einem Ausgangsanschluss des Gleichspannungswandlers 20 geschaltet ist. Die Antriebsschaltung 2a gibt eine Ladespannung der piezoelektrischen Stapel 1271 bis 1274 aus.
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Der Gleichspannungswandler 20 ist im Wesentlichen beispielsweise aus einer allgemeinen Hochsetzstellerschaltung (Hochsetz-Chopper-Schaltung) aufgebaut. Der Kondensator 30 weist eine derartige Leistungseinstufung (Nennleistungsvermögen) auf, dass er einer Spannung von etwa 150 V bis 300 V standhält. Der Kondensator 30 weist ebenfalls eine ausreichend große Kapazität in dem Bereich von beispielsweise 100 μF bis 500 μF zur Unterdrückung von Spannungsfluktuationen auf, um im Wesentlichen einen konstanten Spannungswert selbst bei beispielsweise Laden der piezoelektrischen Stapel 1271 bis 1274 zu halten.
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Eine Spule 35 ist zwischen dem Kondensator 30 und den piezoelektrischen Stapeln 1271 bis 1274 angeordnet, und ein erstes Schaltelement 31 ist in Reihe zwischen dem Kondensator 30 und der Spule 35 angeordnet. Das erste Schaltelement 31 ist aus einem MOSFET gebildet. Eine Diode 32 ist mit dem ersten Schaltelement 31 derart verbunden, dass eine Anschlussspannung des Kondensators 30, die nachstehend als ”Kondensatorspannung” bezeichnet ist, eine Sperrvorspannung für die Diode 32 wird.
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Ein zweites Schaltelement 33 ist zwischen einem gemeinsamen Verbindungspunkt der Spule 35 und des ersten Schaltelements 31 und der Masse verbunden. Das zweite Schaltelement 33 ist ebenfalls aus einem MOSFET gebildet, wobei eine parasitäre Diode 34 mit dem zweiten Schaltelement 33 verbunden ist, so dass die Kondensatorspannung eine Sperrvorspannung wird.
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Ein Bankauswahlschaltelement 40 ist zwischen der Spule 35 und dem piezoelektrischen Stapeln 1271 bis 1274 angeordnet. Das Bankauswahlschaltelement 40 ist aus einem Schaltelement 40a, das zwischen der Spule 35 und dem piezoelektrischen Stapeln 1271 und 1272 geschaltet (verbunden) ist, und einem Schaltelement 40b aufgebaut, das zwischen der Spule 35 und dem piezoelektrischen Stapeln 1273 und 1274 geschaltet ist.
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Injektorauswahlschaltelemente 42a, 42b, 42c und 42d sind in Reihe jeweils mit dem entsprechenden piezoelektrischen Stapeln 1271 bis 1274 eins-zu-eins verbunden, d. h., ein Schaltelement ist mit jeweils einem piezoelektrischen Stapel verbunden. Die Injektorauswahlschaltelemente 42a, 42b, 42c und 42d sind jeweils aus einem MOSFET gebildet.
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Steuerungssignale werden aus einem Steuerungs-IC 50 jeweils jedem Gate der Injektorauswahlschaltelemente 42a, 42b, 42c und 42d zugeführt. Wie es vorstehend beschriebenen worden ist, wird irgendeiner der Injektorauswahlschaltelemente 42a, 42b, 42c und 42d zur Auswahl des entsprechenden anzutreibenden piezoelektrischen Stapels 1271 bis 1274 eingeschaltet und Schaltelemente 31 und 33 werden zum Laden oder Entladen der piezoelektrischen Stapel 1271 bis 1274 ein-/ausgeschaltet.
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Ein Widerstandselement 61a ist gemeinsam für die Injektorauswahlschaltelemente 42a und 42b zwischen den Injektorauswahlschaltelementen 42a und 42b und der Masse geschaltet. Ein Widerstandselement 61b ist gemeinsam fur die Injektorauswahlschaltelemente 42c und 42d zwischen den Injektorauswahlschaltelementen 42c und 42d und sowie der Masse geschaltet.
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Die jeweiligen Anschlussspannungen der Widerstandselemente 61a und 61b werden der Steuerungs-IC 50 und einer Ladungserfassungseinrichtung 54 jeweils zugeführt. Die Ladungserfassungseinrichtung 54 erhält Stromwerte für Ströme, die Ladungen in den jeweiligen piezoelektrischen Stapeln 1271 bis 1274 zugeordnet sind, die in den jeweiligen Widerstandselementen 61a und 61b fließen, auf der Grundlage der jeweiligen Anschlussspannungen (Spannungen zwischen den Anschlüssen). Die Ladungserfassungseinrichtung 54 integriert ebenfalls die Stromwerte, um eine Ladungsmenge zu erhalten. Die erhaltene Ladungsmenge wird mittels eines Analog-/Digitalwandlers (A/D-Wandlers) 52a in einen digitalen Wert umgewandelt und dann einem Mikrocomputer 51 zugeführt.
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Widerstandselemente 63 und 66 sind in Reihe miteinander zwischen einem gemeinsamen Verbindungspunkt S6 zwischen der Spule 35 und dem Bankauswahlschaltelement 40 und der Masse durch eine Diode 36 verbunden. Ein Spannungswert eines gemeinsamen Verbindungspunkts S3 zwischen den Widerstandselementen 63 und 66 wird durch das Steuerungs-IC 50 erfasst.
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Ein Widerstandselement 62 ist zwischen dem zweiten Schaltelement 33 und der Masse angeordnet, und ein gemeinsamer Verbindungspunkt S2 zwischen dem zweiten Schaltelement 33 und dem Widerstandselement 62 wird durch das Steuerungs-IC 50 erfasst. Außerdem ist ein drittes Schaltelement 37 zwischen dem gemeinsamen Verbindungspunkt S2 und dem gemeinsamen Verbindungspunkt S6 verbunden. Eine Diode 36 ist zwischen der Masse und dem gemeinsamen Verbindungspunkt S6 in einer derartigen Weise angeschlossen, dass ein Anodenanschluss der Diode 36 mit dem gemeinsamen Verbindungspunkt S6 verbunden ist.
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Widerstandselemente 64 und 67 sind in Reihe miteinander zwischen dem gemeinsamen Verbindungspunkt S7 zwischen dem Gleichspannungswandler 20 und dem ersten Schaltelement 31 und der Masse geschaltet (verbunden). Ein Spannungswert eines gemeinsamen Verbindungspunkts S4 zwischen den Widerstandselementen 64 und 67 wird durch das Steuerungs-IC 50 erfasst.
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Ein Widerstandselement 65 ist zwischen dem Kondensator 30 und der Masse angeordnet. Eine Ladungserfassungsvorrichtung 53 erfasst eine Spannung über Anschlüssen S5a und S5b des Widerstandselements 65. Die Ladungserfassungseinrichtung 53 erhält einen Stromwert, der in dem Widerstandselement 65 fließt, auf der Grundlage des erfassten Spannungswerts, und integriert ebenfalls den Stromwert, um eine Ladungsmenge wie die Ladungsmenge in dem Kondensator 30 zu erhalten. Die Ladungsmenge wird mittels eines A/D-Wandlers 52b in einen digitalen Wert umgewandelt und dann dem Mikrocomputer 51 zugeführt.
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Der Mikrocomputer 51 ist in der ECU 2 eingebaut und gibt Steuerungssignale zu den Schaltelementen 31, 33, 37, 40a, 40b, 42a, 42b, 42c und 42d durch das Steuerungs-IC 50 entsprechend den Erfassungssignalen diverser Spannungen und Strome und anderer Berechnungen aus, wie es nachstehend beschrieben ist.
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Nachstehend ist ein Beispiel, in dem der piezoelektrische Stapel 1271 als Ergebnis des Betriebs der Antriebsschaltung angetrieben wird, unter Bezugnahme auf 4 und 5 beschrieben.
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Wenn ein Einspritzsignal (a) aus dem Mikrocomputer 51 zu dem Zeitpunkt t1, wie es in der Figur gezeigt ist, einen hohen Pegel annimmt, werden die Schaltelemente 31, 40a, 42a, 33 und 37 wie nachstehend beschrieben angetrieben.
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Zunächst werden die Schaltelemente 40a und 42a zwischen t1 bis t9 eingeschaltet, wie es durch Signalverläufe (c) und (d) in 4 gezeigt ist. Obwohl es nicht gezeigt ist, werden die Schaltelemente 40b und 42b zwischen t1 und t9 in der Figur ausgeschaltet. Das zweite Schaltelement 33 wird zwischen t1 und t4 ausgeschaltet, wie es durch den Signalverlauf (e) gemäß 4 gezeigt ist. Das dritte Schaltelement 37 wird zwischen t1 und t7 ausgeschaltet, wie es durch den Signalverlauf (f) gemäß 4 angegeben ist. Zusätzlich wird das erste Schaltelement 31 wiederholt zwischen t1 und t2 in der Figur umgeschaltet (ein- und ausgeschaltet), wie es durch den Signalverlauf (b) gemäß 4 angegeben ist, wie es nachstehend ausführlicher beschrieben ist.
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In einem ersten Zustand werden, wenn das erste Schaltelement 31 eingeschaltet wird, der Kondensator 30 und die Spule 35 miteinander verbunden. Wie es in 6 gezeigt ist, fließt ein Strom aus dem Kondensator 30 durch das erste Schaltelement 31, die Spule 35, das Schaltelement 40a, den piezoelektrischen Stapel 1271, das Schaltelement 42a und den Widerstandselementen 61a und 65, was den Effekt hat, dass der piezoelektrische Stapel 1271 durch Speichern der Energie aufgrund des Ladens geladen wird.
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Nachdem der Ein-Zustand des ersten Schaltelements 31 für eine gegebene Zeitdauer (Zeitperiode) fortgesetzt wird, wird das erste Schaltelement 31 ausgeschaltet. In einem resultierenden zweiten Zustand wird ein Weg zwischen dem Kondensator 30 und der Spule 35 geöffnet und der Strom blockiert. Wie es in 7 gezeigt ist, fließt ein Strom aus der Spule 35 durch das Schaltelement 40a, den piezoelektrischen Stapel 1271, das Schaltelement 42a, den Widerstandselementen 61a und 62 sowie der Diode 34 auf der Grundlage der Energieladung, die in der Spule 35 gespeichert worden ist.
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Danach schaltet das erste Schaltelement 31 ein, wie vorstehend beschrieben, wenn der von dem Widerstandselement 61a erfasste Stromwert Null wird.
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Wie es beispielsweise in Zusammenhang mit 2 vorstehend beschrieben worden ist, wird, wenn der Schaltvorgang, d. h. der Ein-/Ausbetrieb des ersten Schaltelements 31 durch die Ladungsschaltsteuerungseinrichtung wiederholt wird, die Ladungsmenge im Hinblick auf die Energie oder Ladung des piezoelektrischen Stapels 1271 erhöht. Dementsprechend wird der piezoelektrische Stapel 1271 durch die Versatzausdehnungskammer 113 durch die Erhöhung der Ladung ausgedehnt, um die Kugel 123 herunterzudrucken und diese von dem niedrigdruckseitigen Sitz 1101 abzuheben.
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Wie es in dem Signalverlauf (a) gemäß 5 gezeigt ist, steigt nach t1 der Spannungswert des gemeinsamen Verbindungsanschlusses 33 allmählich an. Daher wird, wenn die Zeit t2 erreicht, d. h., wenn der Schaltvorgang bzw. Schaltbetrieb des ersten Schaltelements 31 in einen Auszustand versetzt ist, die Ladungsmenge des piezoelektrischen Stapels 1271 während des Intervalls von t2 bis t4 konstant gehalten. Dementsprechend wird der Spannungswert des gemeinsamen Verbindungsanschlusses S3 zwischen t2 bis t4 konstant gehalten, wie es gezeigt ist.
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In dem vorliegenden Beispiel integriert die Ladungserfassungseinrichtung 53 einen Strom, der in dem Widerstandselement 65 während des Intervalls von t1 bis t2 fließt, um die Ladungsmenge zu erhalten, die von dem Kondensator 30 an den piezoelektrischen Stapel 1271 abgegeben wird, wie es in dem Signalverlauf (b) gemäß 5 gezeigt ist. Dementsprechend wird die Ausgangsspannung des Kondensators 30 mit der Ladungsmenge multipliziert, wodurch ermöglicht wird, die abgegebene Energie durch Multiplizieren der Ausgangsspannung mit der Ladungsmenge des Kondensators 30 zu erhalten. Die Ausgangsspannung des Kondensators 30 kann ein theoretischer Wert oder ein gemessener Wert sein.
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Darauffolgend ist, wenn das Einspritzsignal aus dem Mikrocomputer 51 einen niedrigen Pegel annimmt, wie bei dem Zeitpunkt t4 gemäß 4, das erste Schaltelement 31 in einem Auszustand, wie es in dem Verlauf (b) gemäß 4 gezeigt ist, und wird das zweite Schaltelement 33 wiederholt wahrend des Zeitintervalls t4 bis t5 umgeschaltet, wie es in dem Verlauf (e) gemäß 4 gezeigt ist.
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Wenn das zweite Schaltelement 33 einschaltet, werden die Spule 35 und die Masse miteinander verbunden. In einem resultierenden dritten Zustand fließt, wie es in 8 gezeigt ist, der Strom aus dem Piezostapel 1271 durch das Schaltelement 40a, die Spule 35, das zweite Schaltelement 33, die Widerstandselemente 62 und 61a sowie das Schaltelement 42a, wodurch ermöglicht wird, dass Energie in der Spule 35 gespeichert wird.
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Wenn der von dem Widerstandselement 62 erfasste Stromwert einen gegebenen Wert erreicht, schaltet das zweite Schaltelement 33 aus und werden die Spule 35 und die Masse voneinander getrennt. In dem resultierenden vierten Zustand fließt, wie es in 9 gezeigt ist, der Strom aus dem piezoelektrischen Stapel 1271 durch das Schaltelement 40a, die Spule 35, die Diode 32, den Kondensator 30, die Widerstandselemente 65 und 61a und das Schaltelement 42 auf der Grundlage der Energie oder den Ladungen, die in der Spule 35 gespeichert ist. Der Kondensator 30 ermöglicht, dass die Ladung oder die Energie aus dem piezoelektrischen Stapel 1271 wiedergewonnen wird. Danach schaltet das zweite Schaltelement 33 ein, wie es vorstehend beschrieben worden ist, wenn der von dem Widerstandselement 61a erfasste Stromwert Null erreicht.
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Wie es vorstehend beschrieben ist, wird, wenn der Schaltvorgang, d. h., der Ein-/Ausschaltvorgang des zweiten Schaltelements während des Intervalls von t4 bis t5 in der Figur durch die Wiedergewinnungsschaltungs-Steuerungseinrichtung wiederholt wird, der piezoelektrische Stapel 1271 entladen, wodurch die wiedergewonnene Energie des Kondensators 30 erhöht wird. Das heißt, dass die von dem Kondensator 30 wiedergewonnene Wiedergewinnungsladungsmenge (wiedergewonnene Ladungsmenge) erhöht wird.
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Wenn der piezoelektrische Stapel 1271 in der vorstehend beschriebenen Weise entladen wird, wird der piezoelektrische Stapel 1271 zurückgezogen oder zusammengezogen, so dass die auf die Kugel 123 durch den Kraftstoffdruck der Versatzausdehnungskammer 113 ausgeübte Restkraft aufgehoben wird, und die Kugel 123 auf den niedrigdruckseitigen Sitz 1101 gesetzt wird. Danach stoppt der Schaltvorgang des zweiten Schaltelements 33 und schaltet während des Intervalls von dem Zeitpunkt t5 bis zu dem Zeitpunkt t7 gemäß der Figur aus.
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In dem vorliegenden Beispiel integriert die Ladungserfassungseinrichtung 53 den Strom, der in dem Widerstandselement 65 fließt, um die Ladungsmenge zu erhalten, wie es in dem b'-Verlauf des Signalverlaufs (b) in 5 gezeigt ist, wie in dem Intervall a' zwischen t4 und t5. Die Ladungsmenge ist eine Wiedergewinnungsladungsmenge, die von dem piezoelektrischen Stapel 1271 durch den Kondensator 30 wiedergewonnen wird. Die Ausgangsspannung des Kondensators 30 wird mit der Ladungsmenge multipliziert, wodurch es möglich wird, die Wiedergewinnungsenergie zu erhalten, die gleich der Ausgangsspannung multipliziert mit der Ladungsmenge des Kondensators 30 ist.
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Es sei bemerkt, dass selbst während des Schaltbetriebs des zweiten Schaltelements 33, d. h., wenn Ladungen in dem piezoelektrischen Stapel 1271 ohne Entladen daraus verbleiben, das dritte Schaltelement 37 schnell umgeschaltet wird, wie es in dem Signalverlauf (f) gemäß 4 gezeigt ist. Wenn das dritte Schaltelement 37 einschaltet, werden beide Anschlüsse des piezoelektrischen Stapels 1271 kurzgeschlossen, um die Spule 35 zu umgehen, wie es in 10 gezeigt ist. Als Ergebnis werden restliche Ladungen in dem piezoelektrischen Stapel 1271 beseitigt.
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Danach wird das Einspritzsignal entsprechend einem darauffolgenden Zylinder ”H” zu einem gegebenen Kurbelwinkel, und derselbe Lade- und Entladebetrieb des piezoelektrischen Stapels 1271 wird an dem piezoelektrischen Betätigungsglied 1c der Injektoren 6a, 6b, 6c und 6d für den nachfolgenden Zylinder durchgeführt. Nachstehend ist ein Prozess zur Bestimmung einer Temperaturabnormalität der Antriebsschaltung 2a unter Verwendung der entladenden Ladungsmenge und der wiedergewonnenen Ladungsmenge des Kondensators 30 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel beschrieben.
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Der Prozess zur Bestimmung der Temperaturabnormalität wird beispielsweise mittels des Mikrocomputers 51 in jeder von gegebenen Perioden während des Maschinenbetriebs ausgeführt und ist nachstehend in Zusammenhang mit dem Flussdiagramm gemäß 11 beschrieben. Es sei bemerkt, dass die Prozedur, obwohl sie als auf einem Computer wie dem Mikrocomputer 51 ausgeführt betrachtet wird, in einer Vielzahl unterschiedlicher Weisen unter Verwendung verschiedener Einrichtungen wie einer Berechnungseinrichtung durchgeführt werden. Daher konzentriert sich die Prozedur, wie sie in Zusammenhang mit dem Beispielflussdiagramm gemäß 11 beschrieben ist, auf die Verarbeitungsschritte.
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Zunächst wird die Ladungsmenge QOUT des Kondensators 30, d. h., die von dem piezoelektrischen Stapel 1271 entladene Ladungsmenge auf der Grundlage des Ausgangs aus dem A/D-Wandler 52b, wie eine umgewandelte Spannung aus dem Integrierer, in S10 berechnet, was beispielsweise in einer ersten Berechnungseinrichtung durchgeführt werden kann. Die wiedergewonnene Ladungsmenge QRET des Kondensators 30 wird dann auf der Grundlage des Ausgangs aus dem A/D-Wandler 52b, wie eine umgewandelte Spannung aus einem Integrierer, in S11 berechnet, was beispielsweise in einer zweiten Berechnungseinrichtung durchgeführt werden kann. Die Ladungsverbrauchsrate (Rate des Ladungsverbrauchs) QRST, die als QRET/QOUT ausgedrückt werden kann, wird auf der Grundlage der wiedergewonnenen Ladungsmenge QRET und der entladenen Ladungsmenge QOUT in S12 berechnet, was beispielsweise in einer dritten Berechnungseinrichtung durchgeführt werden kann.
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Eine Bestimmung, ob der derzeit oder gegenwärtig ausgeführte Prozess nach einem Maschinenstart, wie zu einer Maschinenstartzeit, ausgeführt wird, kann in Schritt S13 beispielsweise auf der Grundlage des Ausgangssignals des Zündschalters durchgeführt werden. Falls der gegenwärtige Prozess nach dem Maschinenstart ausgeführt wird, kann ein Zählerwert K eines Zählers in Schritt S20 auf Null zurückgesetzt werden, bzw. kann K = 0 gesetzt werden.
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Falls der gegenwärtige Prozess nicht der erste nach dem Maschinenstart ausgeführte ist, und bestimmt wird, dass er als zweites oder später ausgeführt wird, kann bestimmt werden, ob die Ladungsverbrauchsrate QRST größer als eine Referenzverbrauchsrate FQRT ist. Wenn die Ladungsverbrauchsrate QRST größer als die Referenzverbrauchsrate FQRT ist, was durch die Beziehung QRST > FQRT ausgedrückt werden kann, kann der Zählerwert K des Zählers in S16 inkrementiert bzw. auf K = K + 1 gesetzt werden. Wenn die Ladungsverbrauchsrate QRST kleiner als die Referenzverbrauchsrate FQRT ist, was durch die Beziehung QRST < FQRT ausgedrückt werden kann, kann in S20 der Zählerwert K des Zählers gelöscht werden bzw. K = 0 gesetzt werden.
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Eine Bestimmung kann dann in S17 gemacht werden, ob der Zählerwert K des Zählers eine Referenzhäufigkeit bzw. Referenzfrequenz FK überschreitet oder nicht bzw. ob K > FK gilt oder nicht. Wenn der Zählerwert K des Zählers die Referenzhäufigkeit FK überschreitet, wird in S19 bestimmt, dass die Antriebsschaltung 2a in Bezug auf die Temperatur abnormal ist. Wenn im Gegensatz dazu der Zählerwert K des Zählers niedriger als die Referenzhäufigkeit FK ist, wird in S18 bestimmt, dass die Antriebsschaltung 2a im Hinblick auf die Temperatur normal ist.
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Das heißt, dass jeder Zustand, in dem die Ladungsverbrauchsrate QRST größer als die Referenzverbrauchsrate FQRT ist, gezählt wird und kontinuierlich mit der gegebenen Referenzhäufigkeit FK verglichen wird, und wird bei größer bestimmt, dass die Antriebsschaltung 2a im Hinblick auf die Temperatur abnormal ist. Es sei bemerkt, dass die vorstehend beschriebene Verarbeitung, beispielsweise von S15 bis S20, verschiedenen Funktionen entsprechen kann, die durch eine Temperaturbestimmungseinrichtung durchgeführt wird, wie sie in den Patentansprüchen definiert ist.
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Gemäß dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wird die Ladungsverbrauchsrate QRST der Antriebsschaltung 2a auf der Grundlage der wiedergewonnenen Ladungsmenge QRET und der entladenen Ladungsmenge QOUT ermittelt. Die Bestimmung, ob die Antriebsschaltung 2a im Hinblick auf die Temperatur abnormal ist oder nicht, kann auf der Grundlage der Ladungsverbrauchsrate QRST gemacht werden. Dementsprechend ist es möglich, präzise zu bestimmen, ob die Antriebsschaltung 2a im Hinblick auf die Temperatur abnormal ist oder nicht, selbst falls der Energieverlust des piezoelektrischen Betätigungsglieds aufgrund der Temperatur fluktuiert.
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Gemäß dem vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel wird ein Beispiel beschrieben, in dem die Ladungsverbrauchsrate QRST zur Bestimmung einer abnormalen Temperatur der Antriebsschaltung 2a verwendet wird. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf den vorstehend beschriebenen Aufbau begrenzt, sondern es kann die Verbrauchsladungsmenge, die Verbrauchsenergie und die Energieverbrauchsrate angewandt werden, wie es nachstehend beschrieben ist.
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In dem vorliegenden Beispiel ist die verbrauchte Ladungsmenge QCON eine Differenz zwischen der entladenen Ladungsmenge QOUT und der wiedergewonnenen Ladungsmenge QRET und kann als QCON = QOUT – QRET ausgedrückt werden. Die verbrauchte Energie ist eine Differenz zwischen der Entladungsenergie, die als QOUT × VDC ausgedrückt werden kann, und der Wiedergewinnungsenergie, die als QRET × VDC ausgedrückt werden kann. Die Energieverbrauchsrate ist ein Verhältnis der Wiedergewinnungsenergie zu der Entladungsenergie und kann als Energieverbrauchsrate = Entladungsenergie/Wiedergewinnungsenergie ausgedrückt werden.
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Gemäß dem vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel wird als Beispiel eine Bestimmung, ob die Antriebsschaltung 2a im Hinblick auf die Temperatur abnormal ist oder nicht, auf der Grundlage der wiedergewonnenen Ladungsmenge QRET und der entladenen Ladungsmenge QOUT durchgeführt. Alternativ dazu ist es möglich, beispielsweise in einer Abnormalitätsbestimmungseinrichtung unter Verwendung von irgendeiner der wiedergewonnenen Ladungsmenge QRET, der entladenen Ladungsmenge QOUT und der Ladungsverbrauchsrate QRST zu bestimmen, ob die Antriebsschaltung 2a abnormal ist oder nicht.
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Das heißt, dass zulässige Werte in Bezug auf die wiedergewonnene Ladungsmenge QRET, der entladenen Ladungsmenge QOUT und der Ladungsverbrauchsrate QRST jeweils beispielsweise durch den Mikrocomputer 51 eingestellt werden können. Dann kann bestimmt werden, ob irgendeine der wiedergewonnenen Ladungsmenge QRET, der entladenen Ladungsmenge QOUT und der Ladungsverbrauchsrate QRST niedriger als der zulässige Wert ist oder nicht, und somit, ob die Antriebsschaltung abnormal arbeitet oder nicht.
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Zweites Ausführungsbeispiel
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In manchen Fällen verschlechtert sich bzw. verschleißt der piezoelektrische Stapel 127 im Hinblick auf die Große der Ausdehnung, die diese erzeugen kann. Ein derartiger Verschleiß (eine derartige Verschlechterung) tritt zusammen mit einer Änderung aufgrund des Alters auf und resultiert in einer Verringerung der Kraftstoffeinspritzmenge der Injektoren 6a bis 6d. Unter derartigen Umständen kann gemaß einem zweiten Ausführungsbeispiel eine Verringerung der Kraftstoffeinspritzmenge der Injektoren 6a bis 6d, die durch einen altersbedingten Verschleiß verursacht wird, beispielsweise durch einen Mikrocomputer 51 kompensiert werden, in dem die Speisungszeitdauer (Speisungsperiode) des piezoelektrischen Stapels 127 korrigiert wird.
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Ein Prozess zur Berechnung der Speisungszeitdauer des piezoelektrischen Stapels 127 gemaß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist nachstehend unter Bezugnahme auf 12 bis 15 beschrieben, die einen Prozess zur Berechnung der Speisungszeitdauer zeigen. 14 zeigt ein Kennliniendiagramm, das ein Verhältnis zwischen einer Speisungsperiodenkorrekturgroße TQD und einer Speisungsverbrauchsrate QRST veranschaulicht. 15 zeigt Zeitverläufe, die das Einspritzsignal und die Spannung des gemeinsamen Verbindungsanschlusses S3 veranschaulichen.
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Der Mikrocomputer 51 berechnet die Speisungszeitdauer des piezoelektrischen Stapels 127 in jedem der Zylinder gemäß dem in 12 gezeigten Flussdiagramm. Weiterhin findet der Mikrocomputer 51 die entsprechenden Speisungsperiodenkorrekturgrößen TQD der ersten bis vierten Zylinder unter Bezugnahme auf 14. Gemäß 14 weisen die ersten bis vierten Zylinder eine Charakteristik (Kennlinie) dahingehend auf, dass die Speisungsperiodenkorrekturgröße TQD allmählich mit einem Anstieg in der Ladungsverbrauchsrate QRST ansteigt, wenn die Ladungsverbrauchsrate QRST einen gegebenen Pegel überschreitet. Die Ladungsverbrauchsrate QRST erhoht sich mit einer altersbedingten Änderung.
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In dem vorliegenden Beispiel kann eine Speisungskorrekturgröße TQD in S40 beispielsweise als eine Funktion von QRST, die als TQD = f(QRST) ausgedrückt werden kann, für jeden Zylinder berechnet werden. In S41 wird zunächst bestimmt, ob die dem ersten Zylinder TQD1 zugeordnete Korrekturgröße sich von der in S40 berechneten Speisungsperiodenkorrekturgröße TQD unterscheidet. Falls sich in S41 die Korrekturgröße TQD1 von TQD unterscheidet, kann die Funktion (die Verarbeitung) zu S44 übergehen, in dem TQD1 auf TQD eingestellt werden kann, woraufhin die Prozedur für eine weitere Berechnung zu dem Ende zurückkehren kann. Falls in S41 die Antwort Nein ist, was bedeutet, dass TQD1 dieselbe wie die Speisungsperiodenkorrekturgröße TQD ist, kann als nächstes in S42 bestimmt werden, ob die Speisungsperiodenkorrekturgröße des zweiten Zylinders TQD2 sich von der Speisungsperiodenkorrekturgröße TQD unterscheidet. Falls die Größen unterschiedlich sind, kann die Funktion zu Schritt S45 übergehen, in dem TQD2 auf TQD eingestellt wird, woraufhin die Prozedur für eine weitere Berechnung zu dem Ende zurückkehren kann. Falls in S42 die Antwort Nein ist, was bedeutet, dass TQD2 dieselbe wie die Speisungsperiodenkorrekturgröße TQD ist, kann in S43 als nächstes bestimmt werden, ob die Speisungsperiodenkorrekturgröße des dritten Zylinders TQD3 sich von der Speisungsperiodenkorrekturgröße TQD unterscheidet. Falls die Größen unterschiedlich sind, kann die Funktion zu qS46 übergehen, indem TQD3 auf TQD eingestellt werden kann, woraufhin die Prozedur zur weiteren Berechnung zu dem Ende zurückkehren kann. Falls die Antwort in S43 Nein ist, was bedeutet, dass TQD3 dieselbe wie die Speisungsperiodenkorrekturgröße TQD ist, kann die Speisungsperiodenkorrekturgröße des vierten Zylinders TQD4 in S47 einfach auf die Speisungsperiodenkorrekturgröße TQD eingestellt werden. Auf diese Weise ist der Mikrocomputer 51 in der Lage, die Speisungsperiodenkorrekturgrößen TQD1, TQD2, TQD3 und TQD4 für die ersten bis vierten Zylinder zu ermitteln und einzustellen.
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Die Verarbeitung kann sich wie durch die Ausführung einer unterschiedlichen Prozedur oder Routine in dem Mikrocomputer 51 derart verschieben, dass die Prozedur S50 gemäß 13 ausgeführt wird und eine Grundspeisungsperiode bzw. Grundspeisungszeitdauer TQBAS ermittelt wird. Die Grundspeisungszeitdauer TQBAS wird anhand eines Einspritzmengensollwerts QTRG und des Rail-Drucks (Leitungsdrucks, Common-Rail-Drucks) PCR erhalten. Es sei bemerkt, dass die Grundspeisungszeitdauer TQBAS kürzer wird, wenn der Einspritzmengensollwert QTRG kleiner wird und der Rail-Druck PCR höher wird.
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In dem vorliegenden Beispiel ist der Einspritzmengensollwert QTRG ein Sollwert der Kraftstoffeinspritzmenge, die aus den Injektoren 6a bis 6d mit einer Einspritzung eingespritzt wird. Der Rail-Druck PCR wird durch den Common-Rail-Drucksensor 9 erhalten.
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Der Mikrocomputer 51 findet dann die jeweiligen Speisungszeitdauern TQ der ersten bis vierten Zylinder wahrend sukzessiver Iterationen von S51 wie von i = 0 bis i = 3 durch den Betrieb von beispielsweise einer Speisungszeitdauer-Korrektureinrichtung.
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In dem vorliegenden Beispiel tritt die Speisungszeitdauer TQ zu einem Punkt nach einer Zeitdauer (Periode) wie einer Wiedergewinnungszeitdauer auf und stellt eine Zeitdauer dar, die unmittelbar nach Beginn des Ladens startet und sich bis unmittelbar vor den Beginn des Entladens des Piezostapels 127 erstreckt.
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Es sei angenommen, dass die Speisungszeitdauer TQ in Bezug auf den ersten Zylinder gleich der Grundspeisungszeitdauer TQBAS plus der Speisungszeitdauerkorrekturgroße TQD1 ist. Die Speisungszeitdauer TQ in Bezug auf den zweiten Zylinder ist gleich der Grundspeisungszeitdauer TQBAS plus der Speisungsperiodenkorrekturgröße TQD2. Die Speisungszeitdauer TQ in Bezug auf den dritten Zylinder ist gleich der Grundspeisungszeitdauer TQBAS plus der Speisungszeitdauerkorrekturgröße TQD3. Die Speisungszeitdauer TQ in Bezug auf den vierten Zylinder ist gleich der Grundspeisungszeitdauer TQBAS plus der Speisungszeitdauerkorrekturgröße TQD4.
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Wie es vorstehend beschrieben worden ist, werden, wenn der piezoelektrische Stapel 127 mit den für die ersten bis vierten Zylinder korrigierten Speisungszeitdauern TQ angetrieben wird, die Speisungszeiten des piezoelektrischen Stapels 127, d. h., die Einspritzzeitdauern (Einspritzperioden) der Injektoren 6a bis 6d korrigiert, wie es in 15 gezeigt ist, und wird die Einspritzmenge auf einen geeigneten Wert korrigiert.
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Gemäß dem vorstehend beschriebenen zweiten Ausführungsbeispiel wird ein Beispiel beschrieben, in dem die Ladungsverbrauchsrate QRST beim Ermitteln der Speisungsperiodenkorrekturgröße TQD1 verwendet wird. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf eine derartige Konfiguration begrenzt, sondern kann erfindungsgemäß die Verbrauchsladungsmenge, die Verbrauchsenergie oder die Energieverbrauchsrate verwendet werden.
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Drittes Ausführungsbeispiel
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Wenn der piezoelektrische Stapel 127 derart verschleißt (sich verschlechtert), dass die Ausdehnungsgröße in Bezug auf die Ladungsmenge aufgrund der altersbedingten Veränderung verringert ist, wird die Kraftstoffeinspritzmenge der Injektoren 6a bis 6d verringert, wie es vorstehend beschrieben worden ist. Unter derartigen Umständen kann gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel eine Verringerung der Kraftstoffeinspritzmenge der Injektoren 6a bis 6d, die durch den altersbedingten Verschleiß verursacht wird, kompensiert werden, beispielsweise durch einen Betrieb des Mikrocomputers 51 durch Korrektur der Ladungsmenge für den piezoelektrischen Stapel 127.
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Ein Prozess zur Berechnung der Ladungsmenge des piezoelektrischen Stapels 127 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist unter Bezugnahme auf 16 bis 19 beschrieben.
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16 und 17 zeigen Flussdiagramme, die den Prozess der Berechnung der Ladungsmenge zeigen. 18 zeigt ein Kennliniendiagramm, das ein Verhältnis zwischen einer Ladungsmengenkorrekturgröße ED und einer Ladungsverbrauchsrate QRST veranschaulicht. 19 zeigt Zeitverläufe, die das Einspritzsignal und die Spannungsänderung des gemeinsamen Spannungsanschlusses S3 veranschaulichen.
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Zunächst kann die Ladungsmenge des piezoelektrischen Stapels 127 in jedem der Zylinder entsprechend den in 16 und 17 gezeigten Flussdiagrammen berechnet werden.
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Zunächst können die jeweiligen Ladungsmengenkorrekturgrößen ED der ersten bis vierten Zylinder berechnet oder anderweitig ermittelt werden, beispielsweise durch den Mikrocomputer 51 in S60 unter Bezugnahme auf die in dem Graphen gemäß 18 ausgedrückten Verhältnisse. Es sei bemerkt, dass, wie es in 18 gezeigt ist, die ersten bis vierten Zylinder derartige Charakteristiken bzw. Kennlinien aufweisen, dass die Ladungsmengenkorrekturgröße ED allmählich mit einem Anstieg in der Ladungsverbrauchsrate QRST ansteigt, wenn die Ladungsverbrauchsrate QRST einen gegebenen Pegel überschreitet. Die Ladungsverbrauchsrate QRST steigt mit der altersbedingten Veränderung an.
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In dem vorliegenden Beispiel kann in S61 bestimmt werden, ob die Ladungsmengenkorrekturgröße des ersten Zylinders ED1 sich von der in S60 berechneten Ladungsmengenkorrekturgröße ED unterscheidet und eine Korrektur erforderlich ist (Ja in S61). Falls die Größen unterschiedlich sind, kann dann die Ladungsmengenkorrekturgröße ED mit der berechneten Ladungsmengenkorrekturgröße ED in S64 aktualisiert werden, und kann die Prozedur zu dem Ende zuruckkehren für eine weitere Berechnung, beispielsweise in einen nachfolgenden Verarbeitungszyklus oder dergleichen. Falls die Größen dieselben sind und keine Korrektur für den ersten Zylinder erforderlich ist (Nein in S61), kann in S62 bestimmt werden, ob sich die Ladungsmengenkorrekturgröße des zweiten Zylinders ED2 sich von der in S60 berechneten Ladungsmengenkorrekturgröße ED unterscheidet und eine Korrektur erforderlich ist (Ja in S62). Falls die Größen unterschiedlich sind, kann die Ladungsmengenkorrekturgröße ED2 mit der berechneten Ladungsmengenkorrekturgröße ED in S65 aktualisiert werden und kann die Prozedur für eine weitere Berechnung zu dem Ende zurückkehren. Falls die Großen dieselben sind und keine Korrektur für den zweiten Zylinder erforderlich ist (Nein in S62), kann dann in S63 bestimmt werden, ob die Ladungsmengenkorrekturgröße des dritten Zylinders ED3 sich von der in S60 berechneten Ladungsmengenkorrekturgröße ED unterscheidet und eine Korrektur erforderlich ist (Ja in S63). Falls die Größen unterschiedlich sind, kann dann die Ladungsmengenkorrekturgröße ED3 mit der berechneten Ladungsmengenkorrekturgroße ED in S66 aktualisiert werden, und kann die Prozedur für eine weitere Berechnung zu dem Ende zurückkehren. Falls die Mengen dieselben sind und keine Korrektur für den dritten Zylinder erforderlich ist (Nein in S63), kann die Ladungsmengenkorrekturgröße des vierten Zylinders ED4 automatisch mit der berechneten Ladungsmengenkorrekturgröße ED des vierten Zylinders in S67 aktualisiert werden.
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Entsprechend der vorstehend beschriebenen Prozedur können die Ladungsmengenkorrekturgrößen ED1 bis ED4 der ersten bis vierten Zylinder beispielsweise durch den Mikrocomputer 51 oder andere Einrichtungen als hier beschrieben, oder wie es für den Fachmann klar ist, eingestellt werden.
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Weiterhin kann sich entsprechend der Prozedur, die in Zusammenhang mit 17 gezeigt und beschrieben worden ist, die Verarbeitung sich verschieben und kann in S71 eine Grundladungsmenge EBAS durch eine Ladungsmengenkorrektureinrichtung wie beispielsweise durch den Betrieb des Mikrocomputers 51 ermittelt werden. Die Grundladungsmenge EBAS wird anhand des Rail-Drucks PCR erhalten und wird größer, wenn der Rail-Druck PCR höher wird.
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Die jeweiligen Sollladungsmengen ETRG der ersten bis vierten Zylinder können in S72 beispielsweise durch den Mikrocomputer 51 ermittelt werden. In dem vorliegenden Beispiel stellt die Sollladungsmenge ETRG die Ladungsmenge oder die Energiemenge dar, die in dem piezoelektrischen Stapel 127 gespeichert ist.
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Es sei angenommen, dass die Sollladungsmenge ETRG in Bezug auf den ersten Zylinder die Grundladungsmenge EBAS plus der Ladungsmengenkorrekturgröße ED1 ist. Es sei weiterhin angenommen, dass die Sollladungsmenge ETRG in Bezug auf den zweiten Zylinder die Grundladungsmenge EBAS plus die Ladungsmengenkorrekturgröße ED2 ist. Es sei weiterhin angenommen, dass die Sollladungsmenge ETRG in Bezug auf den dritten Zylinder die Grundladungsmenge EBAS plus die Ladungsmengenkorrekturgröße ED3 ist. Es sei weiterhin angenommen, dass die Sollladungsmenge ETRG in Bezug auf den vierten Zylinder die Grundladungsmenge EBAS plus die Ladungsmengenkorrekturgroße ED4 ist.
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Wenn der piezoelektrische Stapel 127 mit Hilfe der Sollladungsmenge ETRG in dem ersten Zylinder bis zu dem vierten Zylinder angetrieben wird, steigt die Ladungsmenge des piezoelektrischen Stapels 127 an, und die Ausdehnungsgröße wird auf einen geeigneten Wert kompensiert, wie es in 19 gezeigt ist.
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In dem vorstehend beschriebenen dritten Ausführungsbeispiel wird ein Beispiel beschrieben, in dem die Ladungsverbrauchsrate QRST beim Ermitteln der Ladungsmengenkorrekturgröße ED verwendet wird. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf die vorstehend beschriebene Konfiguration beschränkt, sondern es kann die Verbrauchsladungsmenge, die Verbrauchsenergie oder die Energieverbrauchsrate verwendet werden.
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Viertes Ausführungsbeispiel
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Im Zusammenhang mit einem vierten Ausführungsbeispiel ist ein Beispiel beschrieben, in dem die Einspritzhäufigkeit (Einspritzfrequenz) eines Verbrennungszyklus begrenzt werden kann, wie durch den Betrieb des Mikrocomputers 51, wenn die verbrauchte Energie (Verbrauchsenergie) der Antriebsschaltung 2a ansteigt.
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Ein Prozess zur Berechnung der Einspritzfrequenz gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist unter Bezugnahme auf 20 und 21 beschrieben. 20 zeigt ein Flussdiagramm, das einen Prozess zur Berechnung der Einspritzfrequenz wie beispielsweise durch den Mikrocomputer 51 veranschaulicht, wohingegen 21 ein Kennliniendiagramm zeigt, das ein Verhältnis zwischen einer Umgebungslufttemperatur TAIR und einer zulässigen Verbrauchsenergie EMAX veranschaulicht.
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Zunächst wird beispielsweise durch den Mikrocomputer 51 eine geschätzte Verbrauchsenergie ECONE auf der Grundlage der Antriebsenergie der piezoelektrischen Stapel 1271 bis 1274 bei Durchführung einer Einspritzung und auf der Grundlage der Ladungsverbrauchsrate, die im wesentlichen gleich der Energieverbrauchsrate ist, der vergangenen Kraftstoffeinspritzung in S81 berechnet. Die ECONE ist ein geschätzter Wert der verbrauchten Energie der Antriebsschaltung 2a bei der Ausführung eines nachfolgenden Kraftstoffeinspritzvorgangs einschließlich Lade- und Entladevorgänge.
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Genauer kann die geschätzte verbrauchte Energiegröße ECONE beispielsweise durch den Mikrocomputer 51 auf der Grundlage der folgenden Gleichung berechnet werden: ECONE = (EBAS + ED1) × QRST1
+ (EBAS + ED2) × QRST2
+ (EBAS + ED3) × QRST3
+ (EBAS + ED4) × QRST4 (Gleichung 1)
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In dem vorliegenden Beispiel ist die Menge EBAS + ED1 eine Ladungsmenge oder eine Antriebsenergie des piezoelektrischen Stapels 1271 bei der Durchführung einer Kraftstoffeinspritzung in dem ersten Zylinder. EBAS + ED2 ist eine Ladungsmenge des piezoelektrischen Stapels 1272 bei der Durchführung einer Kraftstoffeinspritzung in dem zweiten Zylinder. EBAS + ED3 ist eine Ladungsmenge des piezoelektrischen Stapels 1273 bei der Ausführung einer Einspritzung in dem dritten Zylinder. EBAS + ED4 ist eine Ladungsmenge des piezoelektrischen Stapels 1274 bei der Ausführung einer Kraftstoffeinspritzung in dem vierten Zylinder.
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Die Datenmengen bzw. Datengrößen, die als die in dem vorstehend beschriebenen dritten Ausführungsbeispiel verwendeten EBAS, ED1, ED2, ED3 und ED4 bezeichnet sind, können genauer wie nachstehend beschrieben definiert werden. Die EBAS ist eine Grundladungsmenge, die ED1 ist eine Ladungsmengenkorrekturgröße des ersten Zylinders die ED2 ist eine Ladungsmengenkorrekturgröße des zweiten Zylinders, die ED3 ist eine Ladungsmengenkorrekturgröße des dritten Zylinders und die ED4 ist die Ladungsmengenkorrekturgröße des vierten Zylinders.
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Es sei bemerkt, dass die QRST1 die Ladungsverbrauchsrate beim Laden oder Entladen des piezoelektrischen Stapels 1271 des ersten Zylinders ist und dass diese in einer Weise bestimmt wird, die identisch zu QRST = (QRET/QOUT) bestimmt wird, wie es im Zusammenhang mit dem ersten Ausführungsbeispiel vorstehend beschrieben worden ist.
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Die QRST2 ist eine Ladungsverbrauchsrate beim Laden oder Entladen des piezoelektrischen Stapels 1272 des zweiten Zylinders, die QRST3 ist die Ladungsverbrauchsrate beim Laden oder Entladen des piezoelektrischen Stapels 1273 des dritten Zylinders, und die QRST4 ist die Ladungsverbrauchsrate beim Laden oder Entladen des piezoelektrischen Stapels 1274 des vierten Zylinders.
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Die zulässige Verbrauchsenergie EMAX kann dann in S82 wie beispielsweise durch den Betrieb des Mikrocomputers 51 auf der Grundlage des Verhältnisses zwischen EMAX und der Umgebungslufttemperatur TAIR berechnet werden, wie es in 21 gezeigt ist.
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Die zulässige Verbrauchsenergie EMAX ist der zulassige maximale Wert der Verbrauchsenergie der Antriebsschaltung 2a in einem Verbrennungszyklus. Außerdem wird unter Bezugnahme auf das Kennliniendiagramm gemäß 21 die zulässige Verbrauchsenergie EMAX konstant gehalten, wenn die Umgebungslufttemperatur TAIR sich auf einer gegebenen Temperatur befindet. Wenn jedoch die Umgebungslufttemperatur TAIR gleich oder niedriger als die gegebene Temperatur ist, verringert sich die zulässige Verbrauchsenergie EMAX allmählich. Es ist notwendig, dass die Umgebungslufttemperatur TAIR ein Temperaturparameter ist, der eine hohe Korrelation mit der Umgebungslufttemperatur aufweist, wie eine Ansaugluft oder eine andere Luft auf einer Atmosphärentemperatur.
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Dann berechnet der Mikrocomputer 51 einen Einspritzfrequenzgrenzwert NIL unter Verwendung der folgenden Gleichung: NIL = EMAX/ECONE (Gleichung 2)
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Das heißt, dass der Einspritzfrequenzgrenzwert NIL beispielsweise durch den Mikrocomputer 51 durch Teilen der zulässigen Verbrauchsenergie EMAX durch die geschatzte Verbrauchsenergie ECONE für eine Einspritzung berechnet wird. Gemäß dem vorliegenden Beispiel werden Stellen nach dem Dezimalpunkt abgeschnitten.
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Die Grundeinspritzfrequenz NIBAS kann in S84 beispielsweise durch den Mikrocomputer 51 unter Verwendung der folgenden Gleichung berechnet werden: NIBAS = f(NE, QTRG) (Gleichung 3)
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Das heißt, dass die Grundeinspritzfrequenz NIBAS auf der Grundlage einer Maschinendrehzahl NE und eines Einspritzmengensollwerts QTRG erhalten wird, der ein Sollwert der Kraftstoffeinspritzmenge für eine (1) Einspritzung ist.
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Die Einspritzfrequenz NI kann darauffolgend in S85 beispielsweise durch den Mikrocomputer 51 oder durch eine andere Einrichtung als eine Einspritzfrequenzbestimmungseinrichtung bestimmt werden. Das heißt, dass der minimale Wert unter der vorstehend beschriebenen Grundeinspritzfrequenz NIBAS und des Einspritzfrequenzgrenzwerts NIL als Einspritzfrequenz NI beispielsweise durch den Mikrocomputer 51 bestimmt werden kann.
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Da die Einspritzfrequenz NI wie vorstehend beschrieben begrenzt wird, ist es dementsprechend möglich, zu verhindern, dass die Erwärmung (Aufheizung) der Antriebsschaltung 2a und das Abgabeverhalten (Abgabeleistungsvermögen) des Gleichspannungswandlers 20 ihre Grenzen überschreiten.
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In praktischen Umsetzungen ist die vorliegende Erfindung nicht auf einen Fall beschränkt, in dem die Grenze der Einspritzfrequenz NI, die gemäß dem vorstehend beschriebenen vierten Ausführungsbeispiel beschrieben worden ist, auf alle Zylinder angewandt wird. Stattdessen können spezifische Zylinder, die die Grenze der Einspritzfrequenz implementieren, spezifiziert und geandert werden.
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Außerdem wurde gemäß dem vorstehend beschriebenen vierten Ausführungsbeispiel ein Beispiel beschrieben, in dem die Einspritzfrequenz NI begrenzt wird, um zu verhindern, dass die Erwärmung der Antriebsschaltung 2a dessen Grenze überschreitet. Alternativ dazu kann die vorliegende Erfindung wie nachstehend beschrieben konfiguriert werden.
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In einem Fall, in dem die Ladungsenergie oder gespeicherte Ladungsmenge des piezoelektrischen Stapels 127 beispielsweise durch den Mikrocomputer 51 oder eine andere Einrichtung, wenn diese als Ladungsmengenbestimmungseinrichtung fungiert, bestimmt wird, wird die Energie, die in dem piezoelektrischen Stapel 127 gespeichert ist, beispielsweise durch den Mikrocomputer 51 begrenzt, wenn die Verbrauchsenergie groß wird.
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In dem vorstehend beschriebenen Fall kann nicht nur die Verbrauchsenergie verwendet werden, sondern ebenfalls irgendeine der folgenden Großen verwendet werden: die Wiedergewinnungsenergie, die Energieverbrauchsrate, die wiedergewonnenen Ladungsmenge oder die Verbrauchsladungsrate.
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Fünftes Ausführungsbeispiel
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Gemaß dem vorstehend beschriebenen vierten Ausführungsbeispiel wurde ein Beispiel beschrieben, in dem die Einspritzfrequenz beispielsweise durch den Mikrocomputer 51 begrenzt wird, um die Verbrauchsenergie pro einem (1) Verbrennungszyklus zu begrenzen. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf die vorstehend beschriebene Konfiguration begrenzt, sondern gemäß einem funften Ausführungsbeispiel ist es möglich, den Rail-Druck zu begrenzen und die Verbrauchsenergie zu begrenzen, wie es nachstehend beschrieben ist.
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Zunächst ist die Steuerung der Ladungsmenge des piezoelektrischen Stapels 127 entsprechend dem erfassten Wert des Common-Rail-Drucksensors 9 durch die ECU 2 beschrieben.
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Gemäß 2 wird ein hoher Kraftstoffdruck, d. h., ein Rail-Druck (Common-Rail-Druck) der Kugel 123 von der unteren Seite der Kugel 123 in der Ventilkammer 110 beaufschlagt, was dazu führt, dass ein großer Druck der Kugel 123 beaufschlagt wird, wenn der Kraftstoffdruck erhöht wird. Dementsprechend ist es notwendig, die Antriebsenergie oder die Ladungsmenge des piezoelektrischen Stapels 127 entsprechend dem hohen Kraftstoffdruck zu ändern, wenn die Kugel 123 um eine gegebene Anhebungsgröße versetzt wird. Unter diesen Umständen ändert die ECU 2 die Ladungsmenge des piezoelektrischen Stapels 127 auf der Grundlage des erfassten Wertes des Common-Rail-Drucksensors 9. Das heißt, dass die ECU 2 die Ladungsmenge des piezoelektrischen Stapels 127 weiter erhöht, wenn der Rail-Druck größer wird.
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Gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel steuert die ECU 2 die Hochdruckkraftstoffzufuhrpumpe 7 auf der Grundlage der Verbrauchsenergie und justiert den Kraftstoffdruck aus dem Common-Rail 8, um dadurch den Kraftstoffdruck aus dem Common-Rail 8 zu begrenzen.
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Das heißt, dass die ECU 2 die Hochdruckkraftstoffzufuhrpumpe 7 zum Verringern des Kraftstoffdrucks oder des Rail-Drucks steuert, wenn die Verbrauchsenergie ansteigt. Aus diesem Grund ist die ECU 2 in der Lage, indirekt die Ladungsmenge des piezoelektrischen Stapels 127 zu verringern, die zum Versetzen der Kugel 123 erforderlich ist.
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Gemaß dem fünften Ausführungsbeispiel wurde ein Beispiel beschrieben, bei dem die Verbrauchsenergie als ein Indikator bei der Steuerung der Hochdruckkraftstoffzufuhrpumpe 7 verwendet wird. Alternativ dazu kann erfindungsgemäß irgendeine der folgenden Größen für Steuerungszwecke verwendet werden: die Ladungsverbrauchsrate QRST, die Verbrauchsladungsmenge und die Energieverbrauchsrate.
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Sechstes Ausführungsbeispiel
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Gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel ist nachstehend ein Beispiel beschrieben, in dem der Spitzenstrom, d. h. der maximale Ausgangsstrom des Gleichspannungswandlers 20 entsprechend der Verbrauchsenergie geändert wird.
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In dem vorliegenden Fall ist unter Bezugnahme auf 22 ein Beispiel beschrieben, in dem das erforderliche Hochsetzverhalten (Hochsetzleistungsvermögen, step-up performance) EDCR des Gleichspannungswandlers 20 beispielsweise durch den Mikrocomputer 51 berechnet wird.
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Zunächst wird in S91 die gesamte Energieverbrauchsgröße ECONT durch die Maschinendrehzahl NE beispielsweise durch den Betrieb des Mikrocomputers 51 dividiert. Die dividierte gesamte Energieverbrauchsgröße ECONT wird durch 60 Sekunden dividiert, um die Umwandlung auf der Basis einer Sekunde auszuführen, um das erforderliche Hochsetzverhalten EDCR des Gleichspannungswandlers 20 zu berechnen.
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In dem vorliegenden Beispiel ist die gesamte Energieverbrauchsgroße ECONT die Gesamtheit der Verbrauchsenergien ECON1, ECON2, ECON3 und ECON4 in dem ersten Zylinder, dem zweiten Zylinder, dem dritten Zylinder und dem vierten Zylinder und kann als ECONT = ECON1 + ECON2 + ECON3 + ECON4 ausgedrückt werden.
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In dem vorliegenden Fall erhält der Mikrocomputer 51 eine Differenz zwischen der Entladungsenergie, die als QOUT × VDC ausgedrückt werden kann, und der Wiedergewinnungsenergie, die als QRET × VDC ausgedruckt werden kann, als die Verbrauchsenergie ECON in jedem der Zylinder, und summiert die Differenzen der jeweiligen vier Zylinder, um die gesamte Energieverbrauchsgröße ECONT zu erhalten.
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Dann wird in S92 der Spitzenstrom IDC des Gleichspannungswandlers 20, der als Anhebeschaltung (Booster-Schaltung) bezeichnet werden kann, beispielsweise durch den Betrieb des Mikrocomputers 51 auf der Grundlage von Kennfelddaten gesteuert, die ein Verhältnis zwischen dem erforderlichen Hochsetzverhalten EDCR und einem Spitzenstrom IDC wiedergeben. Wie es in 23 gezeigt ist, weisen die Kennfelddaten die Charakteristik auf, dass der Spitzenstrom IDC größer wird, wenn das erforderliche Hochsetzverhalten EDCR größer wird.
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Wie es vorstehend beschrieben worden ist, wird der Spitzenstrom IDC des Gleichspannungswandlers 20, der ebenfalls als maximaler Ausgangsstrom bezeichnet werden kann, mit Größerwerden des Energieverbrauchs größer, da der Gleichspannungswandler 20 auf der Grundlage der Kennfelddaten gesteuert wird.
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Es sei bemerkt, dass der Spitzenstrom ICD mit Verringern der Ausgangsspannung der Batterie Ba größer wird. Außerdem kann, wenn das erforderliche Hochsetzverhalten EDCR gleich oder kleiner als ein gegebener Wert ist, der Spitzenstrom IDC auf einen Wert begrenzt werden, der gleich oder größer als ein gegebener Wert ist.
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Andere Ausführungsbeispiele
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Gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen wurde ein Beispiel beschrieben, bei dem die Antriebsschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung bei einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung einer Dieselbrennkraftmaschine der Common-Rail-Bauart angewandt wurde. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf die vorstehend beschriebenen Konfigurationen begrenzt, sondern kann auf beliebige Vorrichtungen angewandt werden, die den piezoelektrischen Stapel oder eine andere piezoelektrische Vorrichtung verwenden.
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Wie es vorstehend beschrieben worden ist, wird in einer Antriebsschaltung (2a) für ein piezoelektrisches Betätigungsglied eine Ladungsverbrauchsrate (QRST) der Antriebsschaltung (2a) auf der Grundlage einer Wiedergewinnungsladungsmenge (QRET) und einer Entladungsladungsmenge (QOUT) eines Kondensators (30) ermittelt. Es wird auf der Grundlage der Ladungsverbrauchsrate (QRST) bestimmt, ob die Antriebsschaltung (2a) im Hinblick auf die Temperatur abnormal ist. Selbst falls die Verlustenergie des piezoelektrischen Betatigungsglieds aufgrund der Temperatur fluktuiert, ist es möglich, korrekt zu bestimmen, ob die Antriebsschaltung (2a) im Hinblick auf die Temperatur abnormal ist.
