DE102008000436B4

DE102008000436B4 - Kraftstoffeinspritzsystem mit Lastsensor

Info

Publication number: DE102008000436B4
Application number: DE200810000436
Authority: DE
Inventors: Shinichiro Kariya-shi Miyagawa; Jun Kariya-shi Kondo; Hideo Kariya-shi Naruse; Daiji Kariya-shi Ueda
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2007-03-05
Filing date: 2008-02-28
Publication date: 2010-05-27
Anticipated expiration: 2028-02-29
Also published as: JP2008215186A; JP4743138B2; DE102008000436A1

Abstract

Kraftstoffeinspritzsystem mit
einer Einspritzeinrichtung (1), die ein Steuerventil (3) aufweist, das in einer Ventilkammer (14) derart angeordnet ist, dass das Steuerventil (3) mit einer Niedrigdruckseitensitzfläche (33) in Kontakt gelangt oder sich von dieser trennt, um eine Verbindung zwischen der Ventilkammer (14) und einem Niedrigdruckkraftstoffkanal (16) zu unterbrechen oder vorzusehen, und das Steuerventil (3) mit einer Hochdruckseitensitzfläche (34) in Kontakt gelangt oder sich von dieser trennt, um eine Verbindung zwischen der Ventilkammer (14) und einem Hochdruckkraftstoffkanal (13) zu unterbrechen oder vorzusehen;
einem piezoelektrischen Stapel (41), der mit einer elektrischen Ladung aufgeladen wird oder entladen wird, wodurch er sich ausdehnt oder zusammenzieht, um das Steuerventil (3) anzutreiben;
einer Steuerkammer (26), die konstant mit der Ventilkammer (14) über einen Verbindungskanal (15) in Verbindung steht;
einer Antriebsschaltung (130), die einen elektrischen Aufladestrom zu dem piezoelektrischen Stapel (41) liefert;
einer Steuereinheit (140), die ein Antriebssignal zu der Antriebsschaltung (130) ausgibt,...

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Kraftstoffeinspritzsystem zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Verbrennungsmotor.
Ein herkömmliches Kraftstoffeinspritzsystem steuert einen Ventilöffnungsvorgang/Ventilschließvorgang einer Düse durch die Anwendung eines piezoelektrischen Stapels, der sich auf Grund einer Aufladung/Entladung einer elektrischen Last ausdehnt/zusammenzieht (siehe beispielsweise die Patentdruckschrift JP-S58-152 161 A ).
Jedoch variiert bei dem herkömmlichen Kraftstoffeinspritzsystem eine Beziehung zwischen einer an dem piezoelektrischen Stapel angelegten Aufladespannung (nachstehend ist diese als eine piezoelektrische Spannung bezeichnet) und einem Ausdehnungsbetrag/Zusammenziehbetrag (Kontraktionsbetrag) des piezoelektrischen Stapels zwischen einzelnen piezoelektrischen Stapeln und ändert sich auf Grund einer Alterungsverschlechterung. Aus diesem Grund weicht die Einspritzstartzeit von einer Solleinspritzstartzeit auf Grund der Schwankung zwischen den einzelnen piezoelektrischen Stapeln, oder die Einspritzstartsteuerung wird sich mit der Zeit auf Grund der Alterungsverschlechterung ändern, was eine genaue Steuerung der Einspritzstartzeit und einer Einspritzmenge ausschließt.
Die Druckschrift DE 10 2004 063 295 A1 beschreibt ein Kraftstoffeinspritzsystem mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 mit einem piezoelektrischen Stapel. Der piezoelektrische Stapel treibt einen Überträger an, wodurch die Schaltstellung des Schaltventils eingestellt wird. Durch Einstellen der Schaltstellung des Schaltventils wird der Druck im Steuerraum beeinflussbar. Dieser Druck wird aber auch durch andere Parameter beeinflusst, so z. B. durch den Druck in der Hochdruckbohrung. Der Druck im Steuerraum wird in der D1 durch die Steuervorrichtung erfasst.
Die Druckschrift DE 196 36 088 A1 beschreibt ein Verfahren zur Steuerung einer Direkteinspritzung. Dabei wird das Verfahren unter anderem bei einer Einspritzeinrichtung mit einem 3/2-Wege-Steuerventil angewendet.
Die Druckschrift DE 198 04 196 A1 beschreibt ein Verfahren zur Auswertung von Kennwerten piezomechanischer Systeme. Dabei wird vorgeschlagen, das Signal eines piezoelektrischen Stapels mit Schwellwertüberprüfungen auszuwerten.
Die Druckschrift DE 100 64 790 A1 beschreibt ein Kraftstoffeinspritzsystem, bei dem unter anderem bei langer Ladungshaltezeit das Laden eines Piezobetätigungselementes ergänzt.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine genaue Steuerung der Einspritzstartzeit und einer Einspritzmenge unabhängig von einer Schwankung von Eigenschaften eines piezoelektrischen Stapels zwischen einzelnen piezoelektrischen Stapeln oder einer Alterungsverschlechterung zu ermöglichen.
Diese Aufgabe ist durch ein Kraftstoffeinspritzsystem mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der weiteren Ansprüche.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein Kraftstoffeinspritzsystem eine Einspritzeinrichtung auf, in der ein Steuerventil eine Verbindung zwischen einer Ventilkammer und einem Hochdruckkraftstoffkanal unterbricht, um eine Düse zu öffnen, wenn ein piezoelektrischer Stapel aufgeladen wird. Das System hat einen Lastsensor zum Erfassen einer Last, die durch den piezoelektrischen Stapel erzeugt wird, eine Antriebsschaltung zum Liefern eines elektrischen Aufladestroms zu dem piezoelektrischen Stapel, eine Steuereinheit zum Ausgeben eines Antriebssignals zu der Antriebsschaltung zum Steuern des Betriebs der Antriebsschaltung, eine Ansprechzeitausgabeeinrichtung zum Berechnen einer Steuerventilansprechzeit seit dem Start des Aufladens des piezoelektrischen Stapels bis zu dem Zeitpunkt, bei dem die Last des piezoelektrischen Stapels einen Grenzwert erreicht, und eine Ansprechzeitkorrigiereinrichtung zum Korrigieren des Antriebssignals derart, dass die Steuerventilansprechzeit mit einer Sollsteuerventilansprechzeit übereinstimmt.
In einem Zeitintervall ab dem Beginn des Aufladens des piezoelektrischen Stapels bis zu dem Beginn des Einspritzens wird ein Zeitintervall ab dem Beginn des Aufladens des piezoelektrischen Stapels bis zu dem Zeitpunkt, bei dem das Ventilelement die Verbindung zwischen der Ventilkammer und dem Hochdruckkraftstoffkanal unterbricht, durch die Eigenschaften des piezoelektrischen Stapels beeinflusst, jedoch wird ein Zeitintervall ab dem Zeitpunkt, bei dem das Ventilelement die Verbindung zwischen der Ventilkammer und dem Hochdruckkraftstoffkanal unterbricht, bis zu dem Beginn des Einspritzens nicht durch die Eigenschaften des piezoelektrischen Stapels beeinflusst.
Gemäß diesem Aspekt bestimmt das System, dass das Steuerventil die Verbindung zwischen der Ventilkammer und dem Hochdruckkraftstoffkanal unterbricht und eine Steuerventilansprechzeit berechnet, wenn die Last des piezoelektrischen Stapels den Grenzwert erreicht. Demgemäß kann die Steuerventilansprechzeit mit der Sollsteuerventilansprechzeit in Übereinstimmung gebracht werden und zwar unabhängig von einer Schwankung der Eigenschaften des piezoelektrischen Stapels zwischen den einzelnen piezoelektrischen Stapeln oder einer Alterungsverschlechterung. Als ein Ergebnis kann die Einspritzstartzeit und die Einspritzmenge mit einer hohen Genauigkeit unabhängig von der Schwankung der Eigenschaften des piezoelektrischen Stapels zwischen den einzelnen piezoelektrischen Stapeln oder der Alterungsverschlechterung gesteuert werden.
Bei dem vorstehend dargelegten Aufbau kann das Antriebssignal korrigiert werden, um die Aufladegeschwindigkeit des piezoelektrischen Stapels zu ändern. Somit kann die Steuerventilansprechzeit mit Leichtigkeit reguliert werden.
In einem Zustand, bei dem das Steuerventil mit der Sitzfläche der Hochdruckseite in Kontakt steht, wird das Steuerventil in einer Richtung, in der es sich von der Sitzfläche der Hochdruckseite trennt, durch den in einem Hochdruckkraftstoffkanal herrschenden Kraftstoffdruck vorgespannt. Daher muss, um mit Sicherheit die Verbindung zwischen der Ventilkammer und dem Hochdruckkraftstoffkanal zu unterbrechen, das Steuerventil gegen die Sitzfläche der Hochdruckseite durch eine größere Kraft gedrückt werden, wenn der Kraftstoffdruck zunimmt.
Daher kann bei dem vorstehend beschriebenen Aufbau der Grenzwert erhöht werden, wenn der Kraftstoffdruck in dem Hochdruckkraftstoffkanal zunimmt. Somit kann der Zeitpunkt, bei dem das Steuerventil im Wesentlichen die Verbindung zwischen der Ventilkammer und dem Hochdruckstoffkanal unterbricht, genau erfasst werden, und schließlich kann die Steuerventilansprechzeit mit einer hohen Genauigkeit berechnet werden.
Bei dem vorstehend beschriebenen Aufbau kann bestimmt werden, dass ein anormaler Zustand bewirkt wird, wenn die Last zu einem zweiten Zeitpunkt gleich wie oder größer als eine Last bei einem ersten Zeitpunkt ist. Die Last bei einem ersten Zeitpunkt ist eine Last des piezoelektrischen Stapels, die mit dem Lastsensor dann erfasst wird, wenn eine bestimmte Zeitspanne nach einer Aufladestartzeit verstrichen ist. Die Last bei dem zweiten Zeitpunkt ist eine Last des piezoelektrischen Stapels, die mit dem Lastsensor dann erfasst wird, wenn eine andere bestimmte Zeitspanne nach dem Ablauf der bestimmten Zeitspanne verstrichen ist.
Die Last bei dem ersten Zeitpunkt entspricht der Last des piezoelektrischen Stapels in der Nähe des Zeitpunktes, bei dem das Steuerventil sich von der Sitzfläche der Niedrigdruckseite trennt, und die Last bei dem zweiten Zeitpunkt entspricht der Last des piezoelektrischen Stapels unmittelbar vor dem Zeitpunkt, bei dem das Steuerventil mit der Sitzfläche der Hochdruckseite in Kontakt gelangt. Daher kann ein fehlerhafter Betrieb des Steuerventils, der durch eine Anormalität oder dergleichen in dem piezoelektrischen Stapel bewirkt wird, erfasst werden.
Bei dem vorstehend beschriebenen Aufbau kann bestimmt werden, dass eine Anormalität bewirkt wird, wenn die Steuerventilansprechzeit außerhalb eines zulässigen Zeitbereiches ist. Somit kann der fehlerhafte Betrieb des Steuerventils, der durch eine Anormalität oder dergleichen in dem piezoelektrischen Stapel bewirkt wird, erfasst werden.
Bei dem vorstehend beschriebenen Aufbau kann das Antriebssignal derart korrigiert werden, dass eine Nachaufladelast in einen zulässigen Lastbereich fällt. Die Nachaufladelast ist eine Last des piezoelektrischen Stapels, die durch den Lastsensor erfasst wird, nachdem das Aufladen des piezoelektrischen Stapels vollendet ist. In diesem Fall kann ein fehlerhaftes Abdichten, das dann bewirkt werden kann, wenn eine Last zum Drücken des Steuerventils gegen die Sitzfläche der Hochdruckseite unzureichend ist, verhindert werden und ein Verschleiß des Steuerventils oder der Hochdruckseitensitzfläche (der Sitzfläche der Hochdruckseite), die durch eine übermäßige Last zum Drücken des Steuerventils bewirkt werden können, können verhindert oder unterdrückt werden.
Bei dem vorstehend beschriebenen Aufbau kann das Antriebssignal korrigiert werden, um einen Aufladeenergiebetrag (Energiemenge) des piezoelektrischen Stapels zu ändern. Somit kann die Nachaufladelast mit Leichtigkeit reguliert werden.
Darüber hinaus kann bei dem vorstehend beschriebenen Aufbau bestimmt werden, dass ein anormaler Zustand bewirkt wird, wenn ein Korrekturwert der Aufladeenergiemenge des piezoelektrischen Stapels außerhalb eines zulässigen Bereiches ist. Somit kann eine Anormalität oder dergleichen in dem piezoelektrischen Stapel erfasst werden.
Die Merkmale und Vorteile eines Ausführungsbeispiels und auch die Betriebsverfahren und die Funktion der zugehörigen Teile gehen aus der nachstehend dargelegten Beschreibung, den beigefügten Ansprüchen und den Zeichnungen hervor, die sämtlich miteinander einen Teil der vorliegenden Anmeldung bilden.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Kraftstoffeinspritzsystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt eine vergrößerte Schnittansicht von einem Abschnitt A aus 1.
3 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Lastsensors und eines piezoelektrischen Stapels gemäß diesem Ausführungsbeispiel.
4 zeigt ein Flussdiagramm eines Steuerablaufs, der durch eine ECU gemäß diesem Ausführungsbeispiel ausgeführt wird.
5 zeigt ein Zeitablaufdiagramm eines Betriebsbeispiels des Steuerprozesses von 4.
6 zeigt ein charakteristisches Diagramm einer Beziehung zwischen einem Common-Rail-Druck und einem Grenzwert gemäß diesem Ausführungsbeispiel.
7 zeigt ein charakteristisches Diagramm einer Beziehung zwischen einer Steuerventilansprechzeit und einer Aufladegeschwindigkeit gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel.
8 zeigt ein charakteristisches Diagramm einer Beziehung zwischen einem Lastfehler und einem Aufladeenergiekorrekturwert gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel.
Nachstehend ist ein Kraftstoffeinspritzsystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 beschrieben. 1 zeigt eine schematische Aufbauansicht des Kraftstoffeinspritzsystems in einer Querschnittsansicht eines allgemeinen Aufbaus einer Einspritzeinrichtung gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel. 2 zeigt eine vergrößerte Schnittansicht von einem Abschnitt A aus 1. 3 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Lastsensors und eines piezoelektrischen Stapels aus 1.
Das Kraftstoffeinspritzsystem des vorliegenden Ausführungsbeispiels hat eine Einspritzeinrichtung 1 (ein Kraftstoffeinspritzventil), die an einem Zylinderkopf eines Mehrzylinderverbrennungsmotors (genauer gesagt ein Dieselmotor, wobei dies nicht gezeigt ist) montiert ist und die unter hohem Druck stehenden Kraftstoff, der in einem (nicht dargestellten) Druckspeicher gespeichert wird, in einen Zylinder des Verbrennungsmotors einspritzt.
Wie dies in den 1 bis 3 dargestellt ist, weist ein Körper 1a der Einspritzeinrichtung 1 einen Kraftstoffeinlassabschnitt 11, durch den der unter hohem Druck stehende Kraftstoff von dem Druckspeicher eingeleitet wird, und einen Kraftstoffauslassabschnitt 12 auf, durch den der in der Einspritzeinrichtung 1 befindliche Kraftstoff dazu gebracht wird, dass er zu einem Kraftstofftank 100 hinaus strömt.
Eine Düse 2 zum Einspritzen des Kraftstoffs während einer Ventilöffnungsperiode ist an einer axialen Endseite des Körpers 1a angeordnet. Die Düse 2 hat eine Nadel 21, die durch den Körper 1a gleitfähig gehalten wird, eine Düsenfeder 22 zum Vorspannen der Nadel 21 in einer Ventilschließrichtung, und einen Düsenzylinder 23, in dem ein Kolbenabschnitt 21a der Nadel 21 eingeführt ist.
Ein Einspritzloch 24, das mit dem Kraftstoffeinlassabschnitt 11 über einen Hochdruckkraftstoffkanal 13 in Verbindung steht, ist in einem axialen Ende des Körpers 1a ausgebildet, und der unter hohem Druck stehende Kraftstoff wird aus dem Einspritzloch 24 in den Zylinder des Verbrennungsmotors eingespritzt. Ein abgeschrägter Ventilsitz 25 ist stromaufwärtig des Einspritzlochs 24 ausgebildet und ein Sitzabschnitt 21b, der an der Nadel 21 ausgebildet ist, wird auf den Ventilsitz 25 gesetzt und von diesem getrennt, wodurch das Einspritzloch 24 geschlossen und geöffnet wird.
Der Kolbenabschnitt 21a ist in den Düsenzylinder 23 gleitfähig und fluiddicht eingeführt, und der Kolbenabschnitt 21a und der Düsenzylinder 23 definieren eine Steuerkammer 26, deren interner Kraftstoffdruck zwischen einem hohen Druck und einem niedrigen Druck geschaltet wird. Die Nadel 21 wird in einer Ventilschließrichtung durch den Kraftstoffdruck in der Steuerkammer 26 vorgespannt und wird in einer Ventilöffnungsrichtung durch den unter hohem Druck stehenden Kraftstoff, der von dem Kraftstoffeinlassabschnitt 11 zu dem Einspritzloch 24 über den Hochdruckkraftstoffkanal 13 eingeleitet wird, vorgespannt.
Eine Ventilkammer 14, in der ein Steuerventil 3 untergebracht ist, das den Druck in der Steuerkammer 26 steuert, ist an einem axial mittleren Abschnitt des Körpers 1a ausgebildet. Die Steuerkammer 26 steht ständig mit der Ventilkammer 14 über einen Verbindungskanal 15 in Verbindung. Die Steuerkammer 26 steht lediglich mit der Ventilkammer 14 in Verbindung. Eine gewöhnliche Blende 50 ist in dem Verbindungskanal 15 vorgesehen.
Die Ventilkammer 14 steht mit einem Hochdruckverbindungskanal 13a in Verbindung, der von dem Hochdruckkraftstoffkanal 13 abzweigt. Die Ventilkammer 14 steht mit dem Kraftstoffauslassabschnitt 12 über einen Niedrigdruckkraftstoffkanal 16 in Verbindung. Eine Ausgangsblende 60 ist in dem Niedrigdruckkraftstoffkanal 16 vorgesehen.
Das Steuerventil 3 hat ein Ventilelement 31 und eine Ventilfeder 32. Das Ventilelement 31 wird auf eine Niedrigdruckseitensitzfläche 33 (eine Sitzfläche der Niedrigdruckseite) gesetzt und von dieser getrennt, um die Verbindung zwischen der Ventilkammer 14 und dem Niedrigdruckkraftstoffkanal 16 zu unterbrechen/vorzusehen. Das Steuerventil 3 wird auf eine Hochdruckseitensitzfläche 34 (eine Sitzfläche der Hochdruckseite) gesetzt und von dieser getrennt, um die Verbindung zwischen der Ventilkammer 14 und dem Hochdruckkraftstoffkanal 13a zu unterbrechen/vorzusehen. Die Ventilfeder 32 spannt das Ventilelement 31 in einer Richtung vor, in der die Verbindung zwischen der Ventilkammer 14 und dem Hochdruckverbindungskanal 13a vorgesehen wird und in der die Verbindung zwischen der Ventilkammer 14 und dem Niedrigdruckkraftstoffkanal 16 unterbrochen wird.
Eine Aktuatorkammer 17 zum Unterbringen eines Aktuators (Stellglied) 4, der das Steuerventil 3 antreibt, ist an der anderen axialen Endseite des Körpers 1a ausgebildet. Die Aktuatorkammer 17 steht mit dem Niedrigdruckkraftstoffkanal 16 über einen Niedrigdruckverbindungskanal 16a in Verbindung.
Der Aktuator 4 weist einen piezoelektrischen Stapel 41 und einen Übertragungsabschnitt auf. Der piezoelektrische Stapel 41 ist aus einer Vielzahl an Lagen von piezoelektrischen Elementen gestaltet, die sich auf Grund einer durch eine elektrische Last bewirkten Aufladung/Entladung ausdehnen/zusammenziehen. Der Übertragungsabschnitt überträgt einen Versatz auf Grund des Ausdehnens oder Zusammenziehens des piezoelektrischen Stapels 41 zu dem Ventilelement 31 des Steuerventils 3.
Der Übertragungsabschnitt ist wie folgt aufgebaut. Ein erster Kolben 43 und ein zweiter Kolben 44 sind in einen Aktuatorzylinder 42 gleitfähig und fluiddicht eingeführt. Eine Flüssigkeitskammer 45, die mit dem Kraftstoff gefüllt ist, ist zwischen dem ersten Kolben 43 und dem zweiten Kolben 44 ausgebildet.
Der erste Kolben 43 wird zu dem piezoelektrischen Stapel 41 hin durch eine erste Feder 46 vorgespannt und wird durch den piezoelektrischen Stapel 41 direkt angetrieben. Wenn sich der piezoelektrische Stapel 41 ausdehnt, wird der Druck in der Flüssigkeitskammer 45 durch den ersten Kolben 43 erhöht.
Der zweite Kolben 44 wird durch eine zweite Feder 47 zu dem Ventilelement 31 des Steuerventils 3 hin vorgespannt und wird durch den Druck der Flüssigkeitskammer 45 bewegt, um das Ventilelement 31 anzutreiben. Wenn der piezoelektrische Stapel 41 sich ausdehnt, wird der zweite Kolben 44 durch den erhöhten Druck der Flüssigkeitskammer 45 bewegt, um das Ventilelement 31 zu einer Position anzutreiben, an der die Verbindung zwischen der Ventilkammer 14 und dem Hochdruckverbindungskanal 13a unterbrochen wird und die Verbindung zwischen der Ventilkammer 14 und dem Niedrigdruckkraftstoffkanal 16 bewirkt wird. Wenn der piezoelektrische Stapel 41 sich zusammenzieht, das heißt wenn der Druck der Flüssigkeitskammer 45 gering ist, wird der zweite Kolben 44 durch die Ventilfeder 32 des Steuerventils 3 zu dem ersten Kolben 43 hin entgegen der zweiten Feder 47 zurück gedrückt.
Ein Lastsensor 7 zum Erfassen einer Last, die durch den piezoelektrischen Stapel 41 erzeugt wird, ist benachbart zu dem piezoelektrischen Stapel 41 an einer Seite angeordnet, die zu dem Übertragungsabschnitt des piezoelektrischen Stapels 41 entgegengesetzt ist. Der Lastsensor 7 besteht aus einer Vielzahl an piezoelektrischen Elementen und erfasst die Last durch die Anwendung des piezoelektrischen Effekts der piezoelektrischen Elemente.
Ein Gegendruckelement 120 zum Steuern des Drucks an der Seite des Niedrigdruckkraftstoffkanals 16 ist in einem Rücklaufkanal 110 angeordnet, der den Kraftstofftank 100 und den Kraftstoffauslassabschnitt 12 verbindet. Der Druck des in dem Druckspeicher untergebrachten Hochdruckkraftstoffs beträgt 100 MPa oder mehr, wohingegen das Gegendruckventil 120 den Druck der Seite des Niedrigdruckkraftstoffkanals 16 auf ungefähr 1 MPa steuert.
Der piezoelektrische Stapel 41 wird mit einer elektrischen Aufladestromstärke über eine Antriebsschaltung 130 beliefert. Die Antriebsschaltung 130 wird durch eine elektronische Steuereinheit 140 (die nachstehend als ECU bezeichnet ist) gesteuert.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird der piezoelektrische Stapel 41 in einem Mehrschaltmodus (nachstehend ist dieser als ein MS-Modus bezeichnet) angetrieben. Das heißt, die Antriebsschaltung 130 hat ein (nicht dargestelltes) Schaltelement in einem Pfad für ein Passieren des elektrischen Stroms von einer Gleichstromenergiequelle (die nicht gezeigt ist) zu dem piezoelektrischen Stapel 41 über einen (nicht gezeigten) sogenannten Induktor (Induktorspule). Das Schaltelement kann die Gleichstromenergiequelle direkt abtrennen. Der MS-Modus schaltet das Schaltelement mehrmals auf der Grundlage eines Aufladesteuersignals ein/aus, das von der ECU 140 ausgegeben wird, um den piezoelektrischen Stapel 41 mehrere Male aufzuladen. Während das Schaltelement eingeschaltet ist, strömt eine allmählich zunehmende Aufladestromstärke durch den piezoelektrischen Stapel 41. Wenn das Schaltelement ausgeschaltet ist, strömt eine allmählich abnehmende Aufladestromstärke durch den piezoelektrischen Stapel 41 auf Grund eines Schwungradeffekts. Somit wird, während die Aufladestromstärke durch den piezoelektrischen Stapel 41 in dieser Weise fließt, die piezoelektrische Spannung so gehalten, dass sie zunimmt. Ein detailliertes Antriebsverfahren und ein detaillierter Schaltungsaufbau in Bezug auf den MS-Modus sind beispielsweise aus der Druckschrift JP-A-2001-53 348 gut bekannt.
Die elektrische Ladung Q und das elektrische Spannungssignal V von dem Lastsensor 7 werden zu der ECU 140 über die Antriebsschaltung 130 eingegeben. Die ECU 140 ist aus einer MPU 1401, einem AD-Wandler 1402, einem DSP 1403 und dergleichen aufgebaut. Die ECU 140 berechnet die Last, die durch den piezoelektrischen Stapel 41 erzeugt wird, durch einen in Hochgeschwindigkeit ablaufenden A/D-Umwandlungsprozess der eingegebenen elektrischen Ladung Q und des Spannungssignals V.
Die ECU 140 weist einen ROM, einen EEPROM und einen RAM (nicht gezeigt) auf. Die MPU 1401 führt einen Berechnungsprozess gemäß einem Programm aus, das in dem ROM gespeichert ist. Die ECU 140 empfängt Signale von verschiedenen (nicht dargestellten) Sensoren zum Erfassen einer Einlassluftmenge, einem Niederdrückbetrag eines Gaspedals, einer Drehzahl des Verbrennungsmotors, eines Kraftstoffdrucks in dem Druckspeicher und dergleichen.
Nachstehend ist der Betrieb des vorstehend erwähnten Kraftstoffeinspritzsystems beschrieben. Der piezoelektrische Stapel 41 dehnt sich aus und treibt den ersten Kolben 43 an, wenn der Aufladestrom zu dem piezoelektrischen Stapel 41 über die Antriebsschaltung 130 geliefert wird und die piezoelektrische Spannung zunimmt. Somit wird der Druck in der Flüssigkeitskammer 45 durch den ersten Kolben 43 erhöht. Der zweite Kolben 44 wird zu dem Ventilelement 31 des Steuerventils 3 hin durch den erhöhten Druck in der Flüssigkeitskammer 45 angetrieben.
Wenn das Ventilelement 31 durch den zweiten Kolben 44 angetrieben wird, gelangt das Ventilelement 31 mit der Hochdruckseitensitzfläche 34 (Sitzfläche der Hochdruckseite) in Kontakt, um die Verbindung zwischen der Ventilkammer 14 und dem Hochdruckverbindungskanal 13a zu unterbrechen, und das Ventilelement 31 trennt sich von der Niedrigdruckseitensitzfläche 33 (Sitzfläche der Niedrigdruckseite), um die Verbindung zwischen der Ventilkammer 14 und dem Niedrigdruckkraftstoffkanal 16 zu bewirken. Demgemäß kehrt der in der Steuerkammer 26 befindliche Kraftstoff zu dem Kraftstofftank 100 über die gewöhnliche Blende 50, den Verbindungskanal 15, die Ventilkammer 14, die Ausgangsblende 60 und den Niedrigdruckkraftstoffkanal 16 zurück.
Somit nimmt der Druck in der Steuerkammer 26 ab und die Kraft, die die Nadel 21 in der Ventilschließrichtung vorspannt, nimmt ab. Demgemäß bewegt sich die Nadel 21 in der Ventilöffnungsrichtung und folglich wird der Sitzabschnitt 21b von dem Ventilsitz 25 getrennt, um das Einspritzloch 24 zu öffnen. Somit wird der Kraftstoff in den Zylinder des Verbrennungsmotors aus dem Einspritzloch 24 eingespritzt.
Wenn die elektrische Ladung von dem piezoelektrischen Stapel 41 entladen wird und folglich die piezoelektrische Spannung abnimmt, zieht sich der piezoelektrische Stapel 41 zusammen, und folglich kehrt der erste Kolben 43 zu der Seite des piezoelektrischen Stapels 41 durch die erste Feder 46 zurück. Darüber hinaus kehren das Ventilelement 31 und der zweite Kolben 44 zu der Seite des ersten Kolbens 43 durch die Ventilfeder 32 zurück.
Somit trennt sich das Ventilelement 31 von der Sitzfläche 34 der Hochdruckseite, um die Verbindung zwischen der Ventilkammer 14 und dem Hochdruckverbindungskanal 13a vorzusehen, und das Ventilelement 31 gelangt mit der Sitzfläche 33 der Niedrigdruckseite in Kontakt, um die Verbindung zwischen der Ventilkammer 14 und dem Niedrigdruckkraftstoffkanal 16 zu unterbrechen. Demgemäß wird der unter hohem Druck stehende Kraftstoff aus dem Druckspeicher in die Steuerkammer 26 über den Hochdruckkraftstoffkanal 13, den Hochdruckverbindungskanal 13a, die Ventilkammer 14, den Verbindungskanal 15 und die gewöhnliche Blende 50 eingeleitet.
Somit nimmt der Druck in der Steuerkammer 26 zu und die Kraft zum Vorspannen der Nadel 21 in der Ventilschließrichtung nimmt zu. Demgemäß bewegt sich die Nadel 21 in der Ventilschließrichtung und der Sitzabschnitt 21b wird auf den Ventilsitz 25 gesetzt, um das Einspritzloch 24 zu schließen. Somit endet das Kraftstoffeinspritzen.
Nachstehend ist die Steuerung in dem Fall des Antriebs des piezoelektrischen Stapels 41 des vorstehend erwähnten Kraftstoffeinspritzsystems detailliert unter Bezugnahme auf die 4 und 5 beschrieben. 4 zeigt ein Flussdiagramm eines Steuerprozesses, der durch die ECU 140 ausgeführt wird. 5 zeigt ein Zeitablaufdiagramm eines Betriebsbeispiels zu dem Zeitpunkt, bei dem der in 4 gezeigte Steuerprozess ausgeführt wird. Der in 4 gezeigte Prozess wird gestartet, wenn ein Einspritzermöglichungssignal Si zum Ermöglichen (Gestatten), dass die Einspritzeinrichtung 1 den Kraftstoff einspritzt, eingeschaltet ist. Wie dies in 4 dargestellt ist, wird, wenn das Einspritzermöglichungssignal Si eingeschaltet ist, bei einem Schritt S100 ein Aufladesteuersignal Sc (das heißt ein Antriebssignal) zum Steuern des Betriebs der Antriebsschaltung 130 zu der Antriebsschaltung 130 ausgegeben. Während das Aufladesteuersignal Sc anliegt, wird das vorstehend erwähnte Schaltelement eingeschaltet und eine allmählich zunehmende Aufladestromstärke I (Aufladestrom) fließt durch den piezoelektrischen Stapel 41. Wenn das Aufladesteuersignal Sc ausgeschaltet wird, wird das Schaltelement ausgeschaltet und ein allmählich abnehmender Aufladestrom I fließt durch den piezoelektrischen Stapel 41 auf Grund des Schwungradeffekts, wodurch die piezoelektrische Spannung Vp weiterhin zunimmt.
Bei dem nächsten Schritt S101 werden die Belastungen (Lasten), die durch den piezoelektrischen Stapel 41 zu einem ersten Zeitpunkt Ta und einem zweiten Zeitpunkt Tb gemäß 5 erzeugt werden, durch den Lastsensor 7 erfasst. Nachstehend ist die durch den piezoelektrischen Stapel 41 erzeugte Last als eine piezoelektrische Last F bezeichnet. Der in 5 gezeigte Zeitpunkt T0 ist ein Zeitpunkt, bei dem die Lieferung des Aufladestroms I zu dem piezoelektrischen Stapel 41 von der Antriebsschaltung 130 gestartet wird, und nachstehend ist dieser als Aufladestartzeitpunkt T0 bezeichnet. Der erste Zeitpunkt Ta ist der Zeitpunkt, bei dem eine bestimmte Zeitspanne nach dem Aufladestartzeitpunkt T0 verstrichen ist, und sie ist zuvor nahe zu dem Zeitpunkt eingestellt worden, bei dem das Ventilelement 31 sich von der Sitzfläche 33 der Niedrigdruckseite trennt. Der erste Zeitpunkt Ta wird in dem ROM der ECU 140 gespeichert. Die bei dem ersten Zeitpunkt Ta erfasste piezoelektrische Last Fa ist nachstehend als eine Last Fa bei einem ersten Zeitpunkt bezeichnet. Mit POV in ist 5 die Position des Ventilelements 31 bezeichnet. Eine durchgehende Linie L in 5 zeigt den Zustand, bei dem das Ventilelement 31 mit der Sitzfläche 33 der Niedrigdruckseite in Kontakt steht.
Der zweite Zeitpunkt Tb ist der Zeitpunkt, bei dem eine bestimmte Zeitspanne nach dem ersten Zeitpunkt Ta weiter verstrichen ist, und er wird zuvor auf einen Zeitpunkt unmittelbar vor dem Zeitpunkt eingestellt, bei dem das Ventilelement 31 mit der Sitzfläche 34 der Hochdruckseite in Kontakt gelangt. Der zweite Zeitpunkt Tb wird in dem ROM der ECU 140 gespeichert. Die piezoelektrische Last Fb, die bei dem zweiten Zeitpunkt Tb erfasst wird, ist nachstehend als die Last Fb bei dem zweiten Zeitpunkt bezeichnet. Eine durchgehende Linie H in 5 zeigt den Übergang des Ventilelements 31 für einen Kontakt mit der Sitzfläche 34 der Hochdruckseite.
Bei dem folgenden Schritt S102 (die erste Anormalitätsbestimmungseinrichtung) wird die Last Fa des ersten Zeitpunkts mit der Last Fb des zweiten Zeitpunkts verglichen, um zu bestimmen, ob das Ventilelement 31 von der Sitzfläche 33 der Niedrigdruckseite getrennt ist oder nicht. In dem Zustand, bei dem das Ventilelement 31 mit der Sitzfläche 33 der Niedrigdruckseite in Kontakt steht, wird das Ventilelement 31 zu der Seite der Sitzfläche 33 der Niedrigdruckseite durch die Druckdifferenz zwischen der Ventilkammer 14 und dem Niedrigdruckkraftstoffkanal 16 hin vorgespannt. In dem Zustand, bei dem das Ventilelement 31 mit weder der Sitzfläche 33 der Niedrigdruckseite noch der Sitzfläche 34 der Hochdruckseite in Kontakt steht, wird die Kraft zum Vorspannen des Ventilelements 31 zu der Seite der Sitzfläche 33 der Niedrigdruckseite nicht durch die Druckdifferenz erzeugt. Daher wird, wenn Fa größer Fb ist (wenn das Bestimmungsergebnis bei dem Schritt S102 JA lautet), bestimmt, dass das Ventilelement 31 normal arbeitet, und der Ablauf geht zu dem Schritt S103 weiter.
Bei dem Schritt S103 wird ein Zeitpunkt Tc (nachstehend ist dieser als der Hochdruckseitenschließzeitpunkt Tc bezeichnet), bei dem das Ventilelement 31 mit der Sitzfläche 34 der Hochdruckseite in Kontakt gelangt und die Verbindung zwischen der Ventilkammer 14 und dem Hochdruckkraftstoffkanal 13 unterbricht, erfasst. Die piezoelektrische Last F nimmt zu, wenn das Ventilelement 31 mit der Sitzfläche 34 der Hochdruckseite in Kontakt gelangt. Daher wird abgeschätzt, dass das Ventilelement 31 die Sitzfläche 34 der Hochdruckseite schließt, wenn die piezoelektrische Last F einen Grenzwert Fc nach dem zweiten Zeitpunkt Tb erreicht.
In einem Zustand, bei dem das Ventilelement 31 mit der Sitzfläche 34 der Hochdruckseite in Kontakt steht, wird das Ventilelement 31 in einer Richtung vorgespannt, in der das Ventilelement 31 sich von der Sitzfläche 34 der Hochdruckseite trennt, und zwar durch den Kraftstoffdruck in den Hochdruckkraftstoffkanal 13. Daher muss, um die Verbindung zwischen der Ventilkammer 14 und dem Hochdruckkraftstoffkanal sicher zu unterbrechen, das Ventilelement 31 gegen die Sitzfläche 34 der Hochdruckseite durch eine größere Kraft gedrückt werden, wenn der Kraftstoffdruck zunimmt.
Daher wird bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, wie dies in 6 gezeigt ist, der Grenzwert Fc erhöht, wenn der Kraftstoffdruck Pc (nachstehend ist dieser als der Common-Rail-Druck Pc bezeichnet) in dem Druckspeicher zunimmt. Somit kann der Zeitpunkt, bei dem das Ventilelement 31 im Wesentlichen die Verbindung zwischen der Ventilkammer 14 und dem Hochdruckkraftstoffkanal 13 unterbricht, genau erfasst werden. Eine Zuordnung, die die Beziehung gemäß 6 definiert, ist in dem ROM der ECU 140 gespeichert.
Bei dem Schritt S104 (eine Ansprechzeitberechnungseinrichtung) wird das Zeitintervall ΔT (nachstehend ist es als eine Steuerventilansprechzeit bezeichnet) seit dem Beginn des Aufladens des piezoelektrischen Stapels 41 bis zu dem Zeitpunkt, bei dem das Ventilelement 31 die Verbindung zwischen der Ventilkammer 14 und dem Hochdruckkraftstoffkanal 13 unterbricht, berechnet. Die Steuerventilansprechzeit ΔT ist ein Zeitintervall von dem Aufladestartzeitpunkt T0 bis zu dem Hochdruckseitenschließzeitpunkt Tc (das heißt ΔT = Tc – T0).
Bei dem folgenden Schritt S105 (eine zweite Anormalitätsbestimmungseinrichtung) wird bestimmt, ob die Steuerventilansprechzeit ΔT innerhalb eines vorbestimmten zulässigen Bereichs ist oder nicht (ΔTmin ≤ ΔT ≤ ΔTmax). Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die Steuerventilansprechzeit ΔT mit einer Sollsteuerventilansprechzeit ΔTp in Übereinstimmung gebracht, indem in geeigneter Weise die zunehmende Geschwindigkeit der piezoelektrischen Spannung Vp (nachstehend ist diese als Aufladegeschwindigkeit Vc bezeichnet), wenn der piezoelektrische Stapel 41 aufgeladen wird, korrigiert wird. Wie dies in 7 gezeigt ist, ist ΔTmin der zulässige minimale Wert der korrigierbaren Steuerventilansprechzeit ΔT, und ΔTmax ist der zulässige maximale Wert der korrigierbaren Steuerventilansprechzeit ΔT. Der zulässige minimale Wert ΔTmin und der zulässige maximale Wert ΔTmax der korrigierbaren Steuerventilansprechzeit ΔT sind in dem ROM der ECU 140 gespeichert.
Wenn die Steuerventilansprechzeit ΔT innerhalb des zulässigen Bereichs ist (ΔTmin ≤ ΔT ≤ ΔTmax, das heißt wenn das Bestimmungsergebnis bei dem Schritt S105 JA lautet), geht die Routine zu dem Schritt S106 weiter.
Bei dem Schritt S106 (eine Ansprechzeitkorrigiereinrichtung) werden die Aufladegeschwindigkeit Vc der nächsten Einspritzung und das Aufladesteuersignal Sc der nächsten Einspritzung (das heißt ein Aufladesteuersignal Sc nach der Korrektur) berechnet. Genauer gesagt wird die Aufladegeschwindigkeit Vc der nächsten Einspritzung auf der Grundlage der Sollsteuerventilansprechzeit ΔTp der nächsten Einspritzung so berechnet, dass die Steuerventilansprechzeit ΔT mit der Sollsteuerventilansprechzeit ΔTp in Übereinstimmung gebracht wird. Außerdem wird das Aufladesteuersignal Sc nach der Korrektur zum Verwirklichen der Aufladegeschwindigkeit Vc der nächsten Einspritzung berechnet.
Beispielsweise nimmt die Aufladegeschwindigkeit Vc der nächsten Einspritzung dann zu, wenn die Sollsteuerventilansprechzeit ΔTp der nächsten Einspritzung kürzer als die Steuerventilansprechzeit ΔT der gegenwärtigen Einspritzung ist. Insbesondere wird, wie dies durch gestrichelte Linien in 5 dargestellt ist, die Zeitspanne, in der das erste Aufladesteuersignal Sc der nächsten Einspritzung anliegt, verlängert, um die Zeitspanne zu verlängern, in der der allmählich zunehmende elektrische Aufladestrom durch den piezoelektrischen Stapel 41 fließt. In diesem Fall wird die Zeitspanne, in der das zweite oder anschließende Aufladesteuersignal Sc der nächsten Einspritzung anliegt, verkürzt, um eine Gesamtaufladeenergiemenge bei der nächsten Einspritzung und eine Gesamtaufladeenergiemenge bei der gegenwärtigen Einspritzung gleich zu gestalten. Wenn die Sollsteuerventilansprechzeitspanne ΔTp der nächsten Einspritzung länger als die Steuerventilansprechzeitspanne ΔT der gegenwärtigen Einspritzung ist, wird die Zeitspanne, in der das erste Aufladesteuersignal Sc der nächsten Einspritzung anliegt, verkürzt, um die Aufladegeschwindigkeit Vc der nächsten Einspritzung zu verringern.
Die Aufladegeschwindigkeit Vc wird erhalten durch eine Berechnungsformel, die in dem ROM der ECU 140 gespeichert ist. Eine Zuordnung, die die Beziehung zwischen der Aufladegeschwindigkeit Vc und dem Aufladesteuersignal Sc definiert, ist in dem ROM der ECU 140 gespeichert, und das Aufladesteuersignal Sc, das der Aufladegeschwindigkeit Vc der nächsten Einspritzung entspricht, wird durch die Anwendung dieser Zuordnung erhalten.
Bei dem folgenden Schritt S107 wird eine piezoelektrische Last F1 (nachstehend ist diese als eine Nachaufladelast bezeichnet) bei einem dritten Zeitpunkt Td, bei dem die piezoelektrische Last F nach der Vollendung des Aufladens des piezoelektrischen Stapels 41 stabilisiert ist, gemessen. Der dritte Zeitpunkt Td wird in dem ROM der ECU 140 gespeichert. Bei dem folgenden Schritt S108 wird ein Lastfehler ΔF zwischen der Nachaufladelast F1 und einer Sollnachaufladelast F0 berechnet (ΔF = F1 – F0). Die Sollnachaufladelast F0 wird in dem ROM der ECU 140 gespeichert. Bei dem folgenden Schritt S109 wird bestimmt, ob der Lastfehler ΔF innerhalb eines bestimmten Bereichs ist oder nicht (ΔFmin ≤ ΔF ≤ ΔFmax). Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird das bei dem Schritt S106 erhaltene Aufladesteuersignal Sc weiter korrigiert, um die Aufladeenergiemenge in geeigneter Weise zu korrigieren. Somit wird die Nachaufladelast F1 zu einer geeigneten Größe gestaltet (das heißt eine Größe innerhalb eines zulässigen Lastbereichs). Wie dies in 8 gezeigt ist, ist ΔFmin der zulässige minimale Wert des Lastfehlers ΔF, und ΔFmax ist der zulässige maximale Wert des Lastfehlers ΔF. Der zulässige minimale Wert ΔFmin und der zulässige maximale Wert ΔFmax des Lastfehlers ΔF werden in dem ROM der ECU 140 gespeichert.
Wenn der Lastfehler ΔF innerhalb des bestimmten Bereichs ist (wenn ein Bestimmungsergebnis bei dem Schritt S109 JA lautet), das heißt wenn die Nachaufladelast F1 innerhalb des zulässigen Lastbereichs ist, geht die Routine zu dem Schritt S110 weiter. Bei dem Schritt S110 wird der Wert der Aufladeenergiemenge E0 zu diesem Zeitpunkt gehalten und die Aufladeenergiemenge E1 der nächsten Einspritzung wird auf E0 gesetzt. Somit wird das bei dem Schritt S106 erhaltene Aufladesteuersignal Sc nicht korrigiert und die Nachaufladelast F1 der nächsten Einspritzung bleibt unverändert.
Wenn das Bestimmungsergebnis bei dem Schritt S109 NEIN lautet, das heißt wenn der Lastfehler ΔF außerhalb des bestimmten Bereichs ist, geht die Routine zu dem Schritt S111 weiter. Bei dem Schritt S111 wird ein Aufladeenergiekorrekturwert ΔE (eine Funktion des Lastfehlers ΔF) auf der Grundlage des Lastfehlers ΔF berechnet. Eine Zuordnung, die die Beziehung zwischen dem Lastfehler ΔF und dem Aufladeenergiekorrekturwert ΔE definiert, ist in dem ROM der ECU 140 gespeichert (siehe
8), und der Aufladeenergiekorrekturwert ΔE wird unter Verwendung der Zuordnung erhalten.
Bei dem nachfolgenden Schritt S112 (eine dritte Anormalitätsbestimmungseinrichtung) wird bestimmt, ob der Aufladeenergiekorrekturwert ΔE innerhalb eines vorbestimmten Bereiches ist oder nicht (ΔEmin ≤ ΔE ≤ ΔEmax). Wie dies in 8 gezeigt ist, ist ΔEmin der zulässige minimale Wert des Aufladeenergiekorrekturwerts ΔE und ΔEmax ist der zulässige maximale Wert des Aufladeenergiekorrekturwerts ΔE. Der zulässige minimale Wert ΔEmin und der zulässige maximale Wert ΔEmax des Aufladeenergiekorrekturwerts ΔE werden in dem ROM der ECU 140 gespeichert.
Wenn der Aufladeenergiekorrekturwert ΔE innerhalb des vorbestimmten Bereichs ist (ΔEmin ≤ ΔE ≤ ΔEmax) (wenn das Bestimmungsergebnis bei dem Schritt S112 JA lautet), geht die Routine zu dem Schritt S113 weiter. Bei dem Schritt S113 (eine Nachaufladelastkorrektureinrichtung) werden die Aufladeenergiemenge E1 und das Aufladesteuersignal Sc der nächsten Einspritzung (das heißt ein Aufladesteuersignal Sc nach der Korrektur) berechnet. Genauer gesagt wird ein Wert, der erhalten wird, indem der Aufladeenergiekorrekturwert ΔE zu der Aufladeenergiemenge E0 der gegenwärtigen Einspritzung hinzu addiert wird, auf die Aufladeenergiemenge E1 der nächsten Einspritzung eingestellt. Das bei dem Schritt S106 erhaltene Aufladesteuersignal Sc wird weiter korrigiert, um die Aufladeenergiemenge E1 der nächsten Einspritzung zu verwirklichen. Wenn beispielsweise der Aufladeenergiekorrekturwert ΔE positiv ist, wird die Zeitspanne, in der das letzte Aufladesteuersignal Sc in dem Aufladesteuersignal Sc, das bei dem Schritt S106 erhalten wird, anliegt, verlängert. Wenn der Aufladeenergiekorrekturwert ΔE negativ ist, wird die Zeitspanne, in der das letzte Aufladesteuersignal Sc in dem Aufladesteuersignal Sc, das bei dem Schritt S106 erhalten wird, anliegt, verkürzt. Eine Zuordnung, die die Beziehung zwischen der Aufladeenergiemenge E1 der nächsten Einspritzung und dem Korrekturwert des Aufladesteuersignals Sc definiert, ist in dem ROM der ECU 140 gespeichert, und der Korrekturwert des Aufladesteuersignals Sc wird durch die Anwendung der Zuordnung erhalten.
Bei dem Schritt S100 des nächsten Ablaufs wird das bei dem Schritt S106 erhaltene Aufladesteuersignal Sc oder das bei dem Schritt S113 weiter korrigierte Aufladesteuersignal Sc zu der Antriebsschaltung 130 ausgegeben.
In einem Zeitintervall seit dem Beginn des Aufladens des piezoelektrischen Stapels 41 bis zu dem Zeitpunkt, bei dem das Einspritzen beginnt, wird ein Zeitintervall seit dem Beginn des Aufladens des piezoelektrischen Stapels 41 bis zu dem Zeitpunkt, bei dem das Ventilelement 31 die Verbindung zwischen der Ventilkammer 14 und dem Hochdruckkraftstoffkanal 13 unterbricht, durch die Eigenschaften des piezoelektrischen Stapels 41 beeinflusst, jedoch wird ein Zeitintervall seit dem Zeitpunkt, bei dem das Ventilelement 31 die Verbindung zwischen der Ventilkammer 14 und dem Hochdruckkraftstoffkanal 13 unterbricht, bis zu dem Zeitpunkt, bei dem das Einspritzen beginnt, nicht durch die Eigenschaften des piezoelektrischen Stapels 41 beeinflusst. Daher kann, indem das Aufladen des piezoelektrischen Stapels 41 auf der Grundlage des bei dem Schritt S106 erhaltenen Aufladesteuersignals Sc gesteuert wird, die Steuerventilansprechzeit ΔT seit dem Zeitpunkt, bei dem das Aufladen des piezoelektrischen Stapels 41 beginnt, bis zu dem Zeitpunkt, bei dem das Ventilelement 31 die Verbindung zwischen der Ventilkammer 14 und dem Hochdruckkraftstoffkanal 13 unterbricht, mit der Sollsteuerventilansprechzeit ΔTp in Übereinstimmung stehen und zwar unabhängig von einer Schwankung der Eigenschaften des piezoelektrischen Stapels 41 und der einzelnen piezoelektrischen Stapeln oder unabhängig von einer Alterungsverschlechterung. Demgemäß können die Einspritzstartzeit und die Einspritzmenge mit einer hohen Genauigkeit unabhängig von der Schwankung der Eigenschaften des piezoelektrischen Stapels 41 zwischen den einzelnen piezoelektrischen Stapeln 41 oder unabhängig von der Alterungsverschlechterung gesteuert werden.
Die Nachaufladelast F1 wird innerhalb des zulässigen Lastbereichs reguliert, indem das Aufladen des piezoelektrischen Stapels 41 auf der Grundlage des bei dem Schritt S113 korrigierten Aufladesteuersignals Sc gesteuert wird. Demgemäß kann ein fehlerhaftes Abdichten, das dann bewirkt wird, wenn eine Last, die das Ventilelement 31 gegen die Sitzfläche 34 der Hochdruckseite drückt, unzureichend ist, verhindert werden, und der Verschleiß des Ventilelements 31 oder der Sitzfläche 34 der Hochdruckseite, der durch eine übermäßige Last zum Drücken des Ventilelements 31 bewirkt werden kann, kann verhindert oder minimal gestaltet werden.
Bei dem Schritt S114, der so ausgeführt wird, dass er dem Schritt S110 oder dem Schritt S113 folgt, wird bestimmt, ob das Einspritzermöglichungssignal Si ausgeschaltet ist (OFF) oder nicht. Wenn bei dem Schritt S114 bestimmt wird, dass das Einspritzermöglichungssignal Si nicht ausgeschaltet ist, wird fortlaufend überwacht, ob das Einspritzermöglichungssignal Si ausgeschaltet ist oder nicht. Wenn bei dem Schritt S114 bestimmt wird, dass das Einspritzermöglichungssignal Si ausgeschaltet ist (OFF), geht die Routine zu dem Schritt S115 weiter.
Bei dem Schritt S115 wird ein Aufladesteuersignal Sd zu der Antriebsschaltung 130 ausgegeben, um die in dem piezoelektrischen Stapel 41 aufgeladene elektrische Ladung durch ein bekanntes Verfahren zu entladen. Somit trennt sich das Ventilelement 31 von der Sitzfläche 34 der Hochdruckseite, um die Verbindung zwischen der Ventilkammer 14 und dem Hochdruckverbindungskanal 13a zu bewirken, und das Ventilelement 31 gelangt mit der Sitzfläche 33 der Niedrigdruckseite in Kontakt, um die Verbindung zwischen der Ventilkammer 14 und dem Niedrigdruckkraftstoffkanal 16 zu unterbrechen, wodurch das Kraftstoffeinspritzen endet. Nachdem der Prozess des Schrittes S115 ausgeführt worden ist, endet der Steuerablauf.
Wenn das Bestimmungsergebnis bei dem Schritt S102 NEIN lautet (das heißt Fa ≤ Fb), wenn das Bestimmungsergebnis bei dem Schritt S105 NEIN lautet (das heißt ΔTmin > ΔT oder ΔT > ΔTmax) oder wenn das Bestimmungsergebnis bei dem Schritt S112 NEIN lautet (das heißt ΔEmin > ΔE oder ΔE > ΔEmax), wird bestimmt, dass ein fehlerhafter Betrieb des Steuerventils 3 durch eine Anormalität in dem piezoelektrischen Stapel 41 oder dem Übertragungsabschnitt bewirkt wird, und die Routine geht zu dem Schritt S116 weiter. Bei dem Schritt S116 wird eine Information darüber, welcher Zylinder die Einspritzeinrichtung 1 aufweist, bei der eine Anormalität bei den Schritten S102, S105 oder S112 bestimmt worden ist, in dem EEPROM der ECU 140 gespeichert, und der Prozess zum Verhindern des Kraftstoffeinspritzens in den Zylinder wird ausgeführt.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf das offenbarte Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern kann in vielen anderen Weisen ausgeführt werden, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen, der in den beigefügten Ansprüchen definiert ist.
Das Kraftstoffeinspritzsystem hat die Einspritzeinrichtung 1, in der ein Steuerventil 3 eine Verbindung zwischen der Ventilkammer 14 und dem Hochdruckkraftstoffkanal 13 unterbricht, um die Düse 2 zu öffnen, wenn der piezoelektrische Stapel 41 aufgeladen wird. Eine durch den piezoelektrischen Stapel 41 erzeugte Last wird durch den Lastsensor 7 erfasst. Das System bestimmt, dass das Steuerventil 3 die Verbindung zwischen der Ventilkammer 14 und dem Hochdruckkraftstoffkanal 13 unterbricht, und berechnet eine Ansprechzeit des Steuerventils 3, wenn die durch den piezoelektrischen Stapel 41 erzeugte Last einen Grenzwert erreicht. Das System korrigiert die Aufladegeschwindigkeit des piezoelektrischen Stapels 41, so, dass die Ansprechzeit des Steuerventils 3 mit einer Sollsteuerventilansprechzeit übereinstimmt. Somit kann die Einspritzstartzeit und eine Einspritzmenge genau gesteuert werden und zwar unabhängig von einer Schwankung der Eigenschaften des piezoelektrischen Stapels 41 zwischen einzelnen piezoelektrischen Stapeln oder unabhängig von einer Alterungsverschlechterung.

Claims

Kraftstoffeinspritzsystem mit einer Einspritzeinrichtung (1), die ein Steuerventil (3) aufweist, das in einer Ventilkammer (14) derart angeordnet ist, dass das Steuerventil (3) mit einer Niedrigdruckseitensitzfläche (33) in Kontakt gelangt oder sich von dieser trennt, um eine Verbindung zwischen der Ventilkammer (14) und einem Niedrigdruckkraftstoffkanal (16) zu unterbrechen oder vorzusehen, und das Steuerventil (3) mit einer Hochdruckseitensitzfläche (34) in Kontakt gelangt oder sich von dieser trennt, um eine Verbindung zwischen der Ventilkammer (14) und einem Hochdruckkraftstoffkanal (13) zu unterbrechen oder vorzusehen; einem piezoelektrischen Stapel (41), der mit einer elektrischen Ladung aufgeladen wird oder entladen wird, wodurch er sich ausdehnt oder zusammenzieht, um das Steuerventil (3) anzutreiben; einer Steuerkammer (26), die konstant mit der Ventilkammer (14) über einen Verbindungskanal (15) in Verbindung steht; einer Antriebsschaltung (130), die einen elektrischen Aufladestrom zu dem piezoelektrischen Stapel (41) liefert; einer Steuereinheit (140), die ein Antriebssignal zu der Antriebsschaltung (130) ausgibt, das den Betrieb der Antriebsschaltung (130) steuert; und einer Düse (2), in der eine Nadel (21) durch einen in der Steuerkammer (26) wirkenden Kraftstoffdruck in einer Richtung vorgespannt ist, in der ein Einspritzloch (24) geschlossen wird, wobei die Einspritzeinrichtung (1) derart aufgebaut ist, dass dann, wenn der piezoelektrische Stapel (41) aufgeladen ist, das Steuerventil (3) die Verbindung zwischen der Ventilkammer (14) und dem Hochdruckkraftstoffkanal (13) unterbricht, um die Düse (2) zu öffnen, wobei das Kraftstoffeinspritzsystem dadurch gekennzeichnet ist, dass es Folgendes aufweist: einen Lastsensor (7), der mit dem piezoelektrischen Stapel (41) in Reihe integriert ist und eine Last erfasst, die durch den piezoelektrischen Stapel (41) erzeugt wird; eine Ansprechzeitberechnungseinrichtung (S104), die eine Steuerventilansprechzeit seit einem Aufladestartzeitpunkt, bei dem die Antriebsschaltung (130) mit dem Liefern des elektrischen Aufladestroms zu dem piezoelektrischen Stapel (41) beginnt, bis zu dem Zeitpunkt berechnet, bei dem die durch den Lastsensor (7) erfasste Last des piezoelektrischen Stapels (41) einen Grenzwert erreicht; und eine Ansprechzeitkorrektureinrichtung (S106), die die durch die Ansprechzeitberechnungseinrichtung (S104) berechnete Steuerventilansprechzeit mit einer Sollsteuerventilansprechzeit vergleicht und das Antriebssignal derart korrigiert, dass die Steuerventilansprechzeit mit der Sollsteuerventilansprechzeit übereinstimmt.
Kraftstoffeinspritzsystem gemäß Anspruch 1, wobei das Antriebssignal so korrigiert wird, dass die Aufladegeschwindigkeit des piezoelektrischen Stapels (41) geändert wird.
Kraftstoffeinspritzsystem gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Ansprechzeitberechnungseinrichtung (S104) den Grenzwert erhöht, wenn der Kraftstoffdruck des Hochdruckkraftstoffkanals (13) zunimmt.
Kraftstoffeinspritzsystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, das des Weiteren Folgendes aufweist: eine erste Anormalitätsbestimmungseinrichtung (S102), die bestimmt, dass ein anormaler Zustand bewirkt worden ist, wenn eine Last bei einem zweiten Zeitpunkt gleich wie oder größer als eine Last bei einem ersten Zeitpunkt ist, wobei die Last bei dem ersten Zeitpunkt eine Last des piezoelektrischen Stapels (41) ist, die mit dem Lastsensor (7) erfasst worden ist, wenn eine bestimmte Zeitspanne seit dem Startzeitpunkt des Aufladens verstrichen ist, und die Last bei dem zweiten Zeitpunkt eine Last des piezoelektrischen Stapels (41) ist, die mit dem Lastsensor (7) erfasst worden ist, wenn eine andere bestimmte Zeitspanne nach dem Verstreichen der bestimmten Zeitspanne ebenfalls verstrichen ist.
Kraftstoffeinspritzsystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, das des Weiteren Folgendes aufweist: eine zweite Anormalitätsbestimmungseinrichtung (S105), die bestimmt, dass ein anormaler Zustand bewirkt worden ist, wenn die durch die Ansprechzeitberechnungseinrichtung (S104) berechnete Steuerventilansprechzeit außerhalb eines zulässigen Zeitbereichs liegt.
Kraftstoffeinspritzsystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, das des Weiteren Folgendes aufweist: eine Nachaufladelastkorrigiereinrichtung (S113), die das Antriebssignal derart korrigiert, dass eine Nachaufladelast in einen zulässigen Lastbereich fällt, wobei die Nachaufladelast eine Last des piezoelektrischen Stapels (41) ist, die mit dem Lastsensor (7) nach der Vollendung des Aufladens des piezoelektrischen Stapels (41) erfasst wird.
Kraftstoffeinspritzsystem gemäß Anspruch 6, wobei das Antriebssignal korrigiert wird, um eine Aufladeenergiemenge zum Aufladen des piezoelektrischen Stapels (41) zu ändern.
Kraftstoffeinspritzsystem gemäß Anspruch 7, das des Weiteren Folgendes aufweist: eine dritte Anormalitätsbestimmungseinrichtung (S112), die bestimmt, dass ein anormaler Zustand bewirkt worden ist, wenn ein Korrekturwert der Aufladeenergiemenge des piezoelektrischen Stapels (41) außerhalb eines zulässigen Bereiches liegt.