DE102009000133B4

DE102009000133B4 - Kraftstoffeinspritzgerät

Info

Publication number: DE102009000133B4
Application number: DE102009000133.6A
Authority: DE
Inventors: Kouichi Mochizuki; Masatoshi Kuroyanagi; Tatsushi Nakashima
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2008-01-10
Filing date: 2009-01-09
Publication date: 2019-01-31
Anticipated expiration: 2029-01-10
Also published as: JP4475331B2; DE102009000133A1; US7828228B2; JP2009167801A; US20090179088A1

Abstract

Kraftstoffeinspritzgerät miteiner Düse (104), die eine Kraftstoffeinspritzöffnung (106), die durch eine Wand eines distalen Endabschnitts der Düse (104) verläuft, und einen Ventilsitz (105) aufweist, die einen Einlass der Kraftstoffeinspritzöffnung (106) umgibt,einer Nadel (15), die ein Ventilelement (154) an einer distalen Endseite der Nadel (15) aufweist und axial in einer ersten axialen Richtung und einer entgegengesetzten zweiten axialen Richtung in Bezug auf den Ventilsitz (105) hin- und herbewegbar ist,einer Steuerungskammer (160), die ein druckleitendes Fluid aufnimmt, das einen Druck auf die Nadel (15) zur axialen Bewegung der Nadel (15) ausübt,einem piezoelektrischen Betätigungsglied (110), das in Abhängigkeit von einer Antriebsspannung expandiert und kontrahiert, die durch Zuführen von elektrischem Strom zu dem piezoelektrischen Betätigungsglied (110) und Abführen von elektrischem Strom aus dem piezoelektrischen Betätigungsglied (110) jeweils erhöht und verringert wird, wobei die eine der Expansion und Kontraktion des piezoelektrischen Betätigungsglieds (110) zu einer Erhöhung des Drucks des druckleitenden Fluids in der Steuerungskammer (160) zur axialen Bewegung der Nadel (15) in der ersten axialen Richtung weg von dem Ventilsitz (105) führt, und die andere der Expansion und der Kontraktion des piezoelektrischen Betätigungsglieds (110) zu einer Verringerung in dem Druck des druckleitenden Fluids in der Steuerungskammer (160) zur axialen Bewegung der Nadel (15) in der zweiten axialen Richtung zu dem Ventilsitz (105) hin führt,einer Knickpunkterfassungseinrichtung (201) zur Erfassung eines Knickpunkts in einem Druckänderungsprozesses in der Steuerungskammer (160), undeiner Lade- und Entladebedingungs-Änderungseinrichtung (202) zur Änderung einer Ladebedingung für das Zuführen des elektrischen Stroms zu dem piezoelektrischen Betätigungsglied (110) oder einer Entladebedingung für das Abführen des elektrischen Stroms aus dem piezoelektrischen Betätigungsglied (110) bei Erfassung des Knickpunkts, der mit der Knickpunkterfassungseinrichtung (201) erfasst wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzgerät, das ein piezoelektrisches Betätigungsglied als eine Antriebsquelle aufweist und Hochdruckkraftstoff einspritzt.
In letzter Zeit wurde gefordert, eine Kraftstoffeinspritzmenge (-größe) mit hoher Genauigkeit zu justieren und ein schnelles Betriebsansprechen in einem Kraftstoffeinspritzgerät zu erzielen, das Hochdruckkraftstoff in einen Zylinder einer Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs (beispielsweise eines Automobils) einspritzt, um Abgasemissionen zu verringern oder den Kraftstoffverbrauch zu verbessern. Um der Forderung nach der verbesserten Kraftstoffeinspritzgenauigkeit und dem verbesserten Betriebsansprechen in dem Kraftstoffeinspritzgerät zu entsprechen, wurden verschiedene Kraftstoffeinspritzgeräte vorgeschlagen, die ein piezoelektrisches Betätigungsglied mit einer größeren Kraft und einem weiter verbesserten Betriebsansprechen (Betriebsansprechverhalten) aufweist.
Die DE 102 44 092 A1 offenbart eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Regelung wenigstens zweier Piezoaktoren, bei dem eine Kenngröße für jeden Piezoaktor ermittelt wird. Die Kenngrößen der wenigstens zwei Piezoaktoren werden auf einen Sollwert eingeregelt. Weiterhin ist beschrieben, dass vor Erreichen der Endlage eines Aktors zum Antrieb eines Schaltventils der Strom abgeschaltet wird. Aufgrund der Eigengeschwindigkeit bewegen sich das Schaltventil und der Aktor noch weiter, weshalb aufgrund des piezoelektrischen Effekts die Spannung abnimmt. Dies zeigt sich in einem Spannungs-Zeit-Diagramm als ein Knick.
Die DE 101 43 501 C1 offenbart ein Verfahren zum Ansteuern eines piezobetriebenen Kraftstoff-Einspritzventils. Dabei wird Mittels des dem Piezoaktor zugeführten Stromes und der sich daraufhin an ihm aufbauenden Spannung unter Zuhilfenahme eines nichtlinearen Aktormodells der Verlauf der Längenänderung und die vom Aktor ausgeübte Kraft errechnet und aus diesen oder von ihnen abgeleiteten Größen der Öffnungsbeginn eines Servoventils und die Einspritzdauer ermittelt. Auch hier ist beschrieben, dass eine Spannungskurve einen Knick zeigen kann.
Die DE 103 92 756 T5 offenbart ein piezoelektrisches Ventilsystem, wobei ein Drucksensor in dem Ventilsystem verwendet wird.
Die WO2005/075811 A1 (entsprechend der US 2007/0152084 A1 ) lehrt ein Kraftstoffeinspritzventil (Einspritzvorrichtung, Injektor), das Kraftstoff in einen Zylinder einer Brennkraftmaschine einspritzt. Das Kraftstoffeinspritzventil weist einen Injektorsockelkörper, einen Düsenhalter und ein Ventilelement auf. Das Ventilelement ist gleitfähig in dem Düsenhalter aufgenommen und weist eine Sitzoberfläche auf, die eingerichtet ist, eine Kraftstoffeinspritzöffnung zu öffnen oder zu schließen. Ein piezoelektrisches Betätigungsglied treibt das Einspritzventilelement an. Genauer treibt das piezoelektrische Betätigungsglied einen ersten Kolben an, der einen zweiten Kolben aufnimmt, der mit dem Einspritzventilelement verbunden ist.
Die JP H11-200981 A lehrt ein Kraftstoffeinspritzventil und ein zugehöriges Antriebsverfahren. In dem Kraftstoffeinspritzventil steht eine erste Druckaufnahmeoberfläche, die abwärts gerichtet ist und durch eine Stufe zwischen einer ersten Führungswelle und einer zweiten Führungswelle einer Nadel 15 geformt ist, in Verbindung mit einer Steuerungsdruckkammer oder ist in dieser angeordnet, deren Druck in Abhängigkeit vom Versatz eines elektrostriktiven Betätigungsglieds geändert wird. Die an dem elektrostriktiven Betätigungsglied angelegte Spannung wird mehrfach während einer Einspritzzeitdauer (Einspritzzeitperiode) geändert, um mehrfach innerhalb einer Einspritzzeitdauer eine Kraftstoffeinspritzrate zu ändern, die durch die Anhebungsgröße der Nadel bestimmt wird.
In dem Kraftstoffeinspritzgerät gemäß dem Stand der Technik, das das piezoelektrische Betätigungsglied verwendet, ändert sich der dem piezoelektrischen Betätigungsglied beaufschlagte Druck in Reaktion auf die Antriebsbewegung der Nadel, so dass aufgrund des piezoelektrischen Effekts eine Spannung in einer Richtung erzeugt wird, die entgegengesetzt zu derjenigen der Antriebsspannung ist. Auf diese Weise kann die Antriebsgeschwindigkeit des Kraftstoffeinspritzgeräts möglicherweise verkleinert werden, so dass eine Verringerung in der Reaktionsgeschwindigkeit (Ansprechgeschwindigkeit) und einer Verringerung in der Kraftstoffeinspritzgenauigkeit verursacht wird.
Die vorliegende Erfindung ist auf die vorstehend beschriebenen Nachteile gerichtet. Somit liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Kraftstoffeinspritzgerät anzugeben, dass ein piezoelektrisches Betätigungsglied als eine Antriebsquelle verwendet und ein verbessertes Ansprechen zeigt.
Diese Aufgabe wird durch das in Patentanspruch 1 angegebene Kraftstoffeinspritzgerät gelöst.
Erfindungsgemäß wird ein Kraftstoffeinspritzgerät angegeben, das eine Düse, eine Nadel, eine Steuerungskammer, ein piezoelektrisches Betätigungsglied, eine Knickpunkterfassungseinrichtung sowie eine Lade- und Entladebedingungs-Änderungseinrichtung aufweist. Die Düse weist eine Kraftstoffeinspritzöffnung und einen Ventilsitz auf. Die Kraftstoffeinspritzöffnung erstreckt sich durch eine Wand eines fernab gelegenen Endabschnitts (distalen Endabschnitts) der Düse, und der Ventilsitz umgibt einen Einlass der Kraftstoffeinspritzöffnung. Die Nadel weist ein Ventilelement an einer fernab gelegenen Endseite (distalen Endseite) der Nadel auf und ist axial in einer ersten axialen Richtung und einer entgegengesetzten zweiten axialen Richtung relativ zu dem Ventilsitz hin- und her bewegbar. Die Steuerungskammer empfängt ein druckleitendes Fluid, dass einen Druck auf die Nadel zum axialen Antrieb der Nadel ausübt. Das piezoelektrische Betätigungsglied expandiert und kontrahiert in Abhängigkeit von einer Antriebsspannung davon, die durch Zuführen (Laden) von elektrischen Strom zu dem piezoelektrischen Betätigungsglied und Abführen (Entladen) von elektrischem Strom aus dem piezoelektrischen Betätigungsglied jeweils erhöht und verringert wird. Eine der Expansion oder der Kontraktion des piezoelektrischen Betätigungsglieds führt zu einem Anstieg des Drucks des druckleitenden Fluids in der Steuerungskammer, um die Nadel in der ersten axialen Richtung weg von dem Ventilsitz zu bewegen, und die jeweils andere der Expansion und der Kontraktion des piezoelektrischen Betätigungsglieds führt zu einer Verringerung des Drucks des druck führenden Fluids in der Steuerungskammer, um die Nadel in der zweiten axialen Richtung zu dem Ventilsitz hin zu bewegen. Die Knickpunkterfassungseinrichtung dient zur Erfassung eines Knickpunkts in einem Druckänderungsprozess des Drucks in der Steuerungskammer. Die Lade- und Entladebedingungs-Änderungseinrichtung dient zur Änderung einer Ladungsbedingung für das Zuführen (Laden) des elektrischen Stroms zu dem piezoelektrischen Betätigungsglied oder einer Entladebedingung zum Abführen (Entladen) des elektrischen Stroms aus dem piezoelektrischen Betätigungsglieds bei Erfassung des Knickpunkts, der mit der Knickpunkterfassungseinrichtung erfasst wird.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Die Erfindung ist zusammen mit zusätzlichen Aufgaben, Merkmalen und Vorteilen davon am besten aus der nachfolgenden Beschreibung, den beigefügten Patentansprüchen und den beiliegenden Zeichnungen verständlich. Es zeigen:

1 eine schematische Ansicht eines gesamten Aufbaus eines Kraftstoffeinspritzgeräts gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel des vorliegenden Erfindung,
2A bis 2F Darstellungen zur Beschreibung eines Betriebs des Kraftstoffeinspritzgeräts gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,
3A bis 3F Darstellungen zur Beschreibung eines Betriebs eines Kraftstoffeinspritzgeräts gemäß dem Stand der Technik,
4A bis 4D Darstellungen zur Beschreibung des Betriebs des Kraftstoffeinspritzgeräts gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel beim Ventilöffnen,
5 ein Flussdiagramm, dass einen Steuerungsbetrieb des Kraftstoffeinspritzgeräts gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel darstellt,
6 eine schematische Ansicht, die den gesamten Aufbau eines Kraftstoffeinspritzgeräts gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt,
7 eine schematisch Ansicht, die den gesamten Aufbau eines Kraftstoffeinspritzgeräts gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt,
8 bis 8D Darstellungen zur Beschreibung eines Betriebs des Kraftstoffeinspritzgeräts gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel beim Ventilöffnen,
9 ein Flussdiagramm, dass einen Steuerungsbetrieb des Kraftstoffeinspritzgeräts gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel zeigt,
10A bis 10D Darstellungen zur Beschreibung eines Betriebs eines Kraftstoffeinspritzgeräts gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, und
11 ein Flussdiagramm, dass einen Steuerungsbetrieb des Kraftstoffeinspritzgeräts gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel zeigt.

Ein Gesamtaufbau eines Kraftstoffeinspritzgeräts 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist unter Bezugnahme auf 1 beschrieben. In der nachfolgenden Beschreibung wird die obere Seite der Zeichnung als naheliegende Endseite (proximale Endseite) bezeichnet, und wird die untere Seite in der Zeichnung als eine fernab gelegene Endseite (distale Endseite) bezeichnet.
Das Kraftstoffeinspritzgerät 1 ist in einer (nicht gezeigten) Brennkraftmaschine vorgesehen und weist eine Zufuhrpumpe (Hochdruckpumpe) 31, ein Kraftstoffeinspritzventil 10 und eine elektronische Steuerungseinheit (ECU) 21 auf. Die Zufuhrpumpe 31 setzt Kraftstoff unter Druck und stellt den unter Druck gesetzten Kraftstoff einem Common-Rail 30 bereit, in dem der unter Druck gesetzte Kraftstoff akkumuliert wird. Das Kraftstoffeinspritzventil 10 empfängt den Hochdruckkraftstoff aus dem Common-Rail 30 und spritzt den empfangenen Hochdruckkraftstoff in eine Verbrennungskammer des entsprechenden Zylinders der Brennkraftmaschine ein. Die ECU 21 berechnet die geeignete Kraftstoffeinspritzmenge, den geeigneten Kraftstoffeinspritzzeitverlauf (Kraftstoffeinspritzzeitpunkt) und den geeigneten Kraftstoffeinspritzdruck auf der Grundlage von Messsignalen verschiedener (nicht gezeigter) Sensoren und führt ein entsprechendes Antriebssignal einer elektronischen Antriebseinheit (EDU 20). Weiterhin steuert die ECU 21 den Betrieb jeweils des Common-Rails 30, der Zufuhrpumpe 31 und des Kraftstoffeinspritzventils 10.
In dem Kraftstoffeinspritzventil 10 dient ein piezoelektrisches Betätigungsglied 110, das in einem allgemein zylindrischen Kraftstoffeinspritzventil-Sockelkörper (- Basiskörper) 100 aufgenommen ist, als eine Antriebsquelle. Insbesondere expandiert und kontrahiert das piezoelektrische Betätigungsglied 110 in Reaktion auf eine angelegte Spannung (Antriebsspannung). Die Expansion oder Kontraktion (Versatz) des piezoelektrischen Betätigungsglieds 110 wird auf einen Druckkolben 120 übertragen, um den Druckkolben 120 axial zu versetzten und dadurch den Druck P_S in einer Steuerungskammer 160 zu erhöhen oder zu verringern. Dann wird in Reaktion auf Erhöhen oder Verringern des Drucks PS eine Nadel 15 aufwärts oder abwärts axial angetrieben, so dass ein Ventilelement 154, das an einem distalen Ende der Nadel 15 vorgesehen ist, eine Kraftstoffeinspritzöffnung 106 öffnet oder schließt, um das Einspritzen des in das Kraftstoffeinspritzventil 10 geführten Hochdruckkraftstoffs zu starten oder zu stoppen.
Der Kraftstoffeinspritzventil-Sockelkörper 100 ist in dem allgemein zylindrischen Körper konfiguriert, der einen Kraftstoffflusskanal 101 darin aufweist, wobei eine fernab gelegene Endseite (proximale Endseite) des Kraftstoffflusskanals 101 abgeschlossen oder versiegelt ist.
Eine Hochdruckkraftstoffeinlassöffnung 102 ist an der proximalen Endseite des Kraftstoffeinspritzventil-Sockelkörpers 100 geformt, um den Hochdruckkraftstoff zu empfangen, der in dem Common-Rail 30 akkumuliert wird.
In einem Sockelkörperdurchmesser-Übergangsabschnitt 103 an der distalen Endseite des Kraftstoffeinspritzventil-Sockelkörpers 100 ist ein innerer Durchmesser des Kraftstoffflusskanals 101 verringert, so dass eine Düse 104 gebildet wird. Weiterhin ist der innere Durchmesser des Kraftstoffflusskanals 101 weiter an einer distalen Endseite der Düse 104 verringert, so dass einen Ventilsitz 105 geformt ist, an dem sich die Einspritzöffnung 106 dadurch erstreckt, um sich in den Zylinder der Brennkraftmaschine in einer derartigen Weise zu öffnen, dass der Ventilsitz 105 einen Einlass der Einspritzöffnung 106 umgibt.
Das piezoelektrische Betätigungsglied 110 ist aus einem piezoelektrischen Keramikmaterial wie BZT (Blei-Zirkonat-Titanat) hergestellt und weist ein geschichtetes piezoelektrisches Element 111 auf, in dem mehrere zehn oder hundert piezoelektrische Keramikschichten, die jeweils in deren Dickenrichtung polarisiert sind, axial aufeinander gestapelt sind. Dabei weisen zwei benachbarte piezoelektrische Schichten jeweils unterschiedliche Polarisationsrichtungen auf.
Eine interne Elektrode ist zwischen jeden benachbarten piezoelektrischen Keramikschichten des geschichteten piezoelektrischen Elements 111 geformt. Eine der jeweils benachbarten zwei internen Elektroden ist an der linken Seite heraus gezogen und ist mit einer seitlichen Oberflächenelektrode 112 verbunden, und die andere der benachbarten zwei internen Elektroden ist auf der rechten Seite herausgezogen und mit einer seitlichen Oberflächenelektrode 113 verbunden. Die linken und rechten seitlichen Oberflächenelektroden 112 und 113 sind mit der EDU 20 verbunden.
Das piezoelektrische Betätigungsglied 110 ist in dem Kraftstoffeinspritzventil-Sockelkörper 100 aufgenommen. Eine obere Endoberfläche einer Schutzschicht 114 auf der proximalen Endseite, die an der proximalen Endseite des piezoelektrischen Betätigungsglieds 110 geformt ist, berührt eine innere umlaufende Oberfläche des Kraftstoffeinspritzventil-Sockelkörpers 100, wohingegen die obere Endoberfläche der Schutzschicht 114 auf der proximalen Endseite eine elektrische Isolierung in Bezug auf den Kraftstoffeinspritzventil-Sockelkörper 100 beibehält. Eine untere Endoberfläche einer Schutzschicht 115 auf der distalen Endseite, die an der distalen Endseite des piezoelektrische Betätigungsglieds 110 geformt ist, berührt den Druckkolben 120, der koaxial zu den piezoelektrischen Betätigungsglied 110 ist.
Der Druckkolben 120 ist in einer allgemein zylindrischen Form konfiguriert und weist einen Kolbenflansch 121 auf, der an der proximalen Endseite des Druckkolbens 120 geformt ist und radial nach außen herausragt bzw. vorspringt. Der Druckkolben 120 wird gleitfähig in einem Kolbenführungszylinder 122 gehalten, der in einer allgemein zylindrischen Form konfiguriert ist.
Ein Zylinderflansch 123 ist an der distalen Endseite am unteren Ende des Kolbenführungszylinders 122 geformt, um radial nach außen heraus zu ragen. Eine Kolbenrückführfeder 124 ist zwischen dem Kolbenflansch 121 und dem Zylinderflansch 123 angeordnet, um den Kolben 120 zu dem piezoelektrischen Betätigungsglied 110 hin zu drängen.
Eine Unterteilungswand 125 ist an der distalen Endseite des Kolbenführungszylinders 122 angeordnet. Eine Druckkammer 126 ist durch ein untere Endoberfläche des Kolbens 120, eine innere umlaufende Wand des Kolbenführungszylinders 122 und eine obere Oberfläche der Unterteilungswand 125 abgegrenzt. Ein Teil des Hochdruckkraftstoffes, der in den Kraftstoffeinspritzventil-Sockelkörper 100 geführt wird, wird der Druckkammer 126 als ein druckleitendes Medium (das ebenfalls als druckleitendes Fluid bezeichnet ist) zugeführt.
Die Nadel 15 weist einen Nadelabschnitt mit einem großen Durchmesser 150, einen ersten Durchmesserübergangsabschnitt 151, einen Nadelabschnitt mit kleinem Durchmesser 152, einen zweiten Durchmesserübergangsabschnitt 153 und das Ventilelement 154 auf. Der Nadelabschnitt mit großem Durchmesser 150 weist einen relativ großen Durchmesser auf und ist an der proximalen Endseite der Nadel 15 geformt. Der Nadelabschnitt mit kleinem Durchmesser 152 weist einen relativ kleinen Durchmesser im Vergleich zu demjenigen des Nadelabschnitts mit großem Durchmesser 150 auf und ist an der distalen Endseite des Nadelabschnitts mit großem Durchmesser 150 angeordnet. Der erste Durchmesserübergangsabschnitt 151 verbindet den Nadelabschnitt mit großem Durchmesser 150 und den Nadelabschnitt mit kleinem Durchmesser 152. Der zweite Durchmesserübergangsabschnitt 153 ist an der distalen Endseite des Nadelabschnitts mit kleinem Durchmesser 152 angeordnet und weist einen weiteren kleineren Durchmesser auf, der kleiner als derjenige des Nadelabschnitts mit kleinem Durchmesser 152 ist. Das Ventilelement 154 ist an der distalen Endseite des zweiten Durchmesserübergangsabschnitts 153 angeordnet. Eine Ventilelementsitzoberfläche 155 ist in einer distalen Endoberfläche des Ventilelements 154 geformt und ist eingerichtet, mit der inneren umlaufenden Wand des Ventilsitz 105 in Abhängigkeit von der Betriebsposition der Nadel 15 in Eingriff zu treten oder sich von dieser zu lösen.
Ein Einsetzzylinder 130 ist in einer allgemein zylindrischen Form konfiguriert und ist an der distalen Endseite der Unterteilungswand 125 angeordnet. Der Nadelabschnitt mit großem Durchmesser 150 wird durch den Einsetzzylinder 130 an einer radialen Innenseite des Einsetzzylinders 130 gehalten. Der Nadelabschnitt mit kleinem Durchmesser 152 wird gleitfähig durch die Düse 104 an einer radialen Innenseite der Düse 104 gehalten. Die Steuerungskammer 160 ist durch die innere umlaufende Wand des Einsetzzylinders 130, eine untere Oberfläche des ersten Durchmesserübergangsabschnitts 151 und der oberen inneren Wandoberfläche des Sockelkörperdurchmesser-Übergangsabschnitts 103 abgegrenzt. Der innere Durchmesser der oberen inneren Wandoberfläche des Sockelkörperdurchmesser-Übergangsabschnitts 103 verringert sich von dem Kraftstoffflusskanal 101 zu der Düse 104 hin.
Eine Kraftstoffakkumulationskammer 130 ist durch die äußere umlaufende Oberfläche des zweiten Durchmesserübergangsabschnitts 153, der äußeren umlaufenden Oberfläche des Ventilelements 154 und der inneren umlaufenden Wand der Düse 104 abgegrenzt.
Ein Kommunikationsflusskanal 127 ist in der Unterteilungswand 25 geformt, und ein Kommunikationskanal 131 ist in dem Einsetzzylinder 130 geformt. Diese Kommunikationskanäle 127 und 131 sind miteinander verbunden, um zwischen der Druckkammer 126 und der Steuerungskammer 160 eine Kommunikation (Verbindung) herzustellen. Der Druck in der Druckkammer 126 wird zu der Steuerungskammer 160 durch die Kommunikationskanäle 127 und 131 mittels des Hochdruckkraftstoffs geleitet, der als das druckleitende Medium zugeführt wird.
Eine Gegendruckkammer 170 ist durch eine Gegenoberfläche der Nadel 15, eine untere Oberfläche auf der distalen Endseite der Unterteilungswand 125 und der inneren umlaufenden Wand des Einsetzzylinders 130 abgegrenzt.
Ein Gegendruckzufuhrflusskanal 171, der zwischen dem Kraftstoffflusskanal 101 und der Gegendruckkammer 170 eine Kommunikation herstellt, ist in der Unterteilungswand 125 geformt. Der Hochdruckkraftstoff in den Kraftstoffflusskanal 101 wird der Gegendruckkammer 170 zugeführt.
Die Gegendruckkammer 170 ist an der Gegenoberfläche bzw. rückwärtigen Oberfläche der Nadel 15 vorgesehen und dient als eine Federkammer, in der eine Gegendruckfeder 172 aufgenommen ist, die die Nadel 15 in eine Ventilschließrichtung davon drängt (die Richtung zu dem Ventilsitz 105 hin).
Ein nadelinterner Flusskanal 156 ist in der Nadel 15 geformt, um eine Kommunikation zwischen der Gegendruckkammer 170 und der Kraftstoffakkumulationskammer 180 herzustellen.
Der Druck in der Steuerungskammer 160 wird gegen eine untere Oberfläche des ersten Durchmesserübergangsabschnitts 151 in eine Ventilöffnungsrichtung (die Richtung weg von dem Ventilsitz 105) ausgeübt. Ein Federdruck der Gegendruckfeder 172 wird in die Ventilschließrichtung der Nadel 15 ausgeübt.
Der Druck in der Gegendruckkammer 170 wird gegen die hintere Oberfläche (Gegenoberfläche) der Nadel 15 in die Ventilschließrichtung ausgeübt. Der Druck in der Kraftstoffakkumulationskammer 180 wird gegen eine untere Oberfläche des zweiten Durchmesserübergangsabschnitts 153 in die Ventilschließrichtung ausgeübt und wird mit dem Druck in der Gegendruckkammer 170 ausgeglichen.
Das piezoelektrische Betätigungsglied 110 wird in Abhängigkeit vom Laden oder Entladen der von der EDU 20 dem piezoelektrischen Betätigungsglied 110 beaufschlagten elektrischen Ladung expandiert (auseinandergezogen) oder kontrahiert (zusammengezogen). Wenn das piezoelektrische Betätigungsglied 110 expandiert oder kontrahiert wird, wird der Druckkolben 120 axial herunter oder herauf angetrieben, um den Druck in der Druckkammer 126 zu erhöhen oder zu Verringern. Durch die Erhöhung oder Verringerung des Drucks in der Druckkammer 126 wird der Druck P_S in der Steuerungskammer 160 erhöht oder verringert.
Wenn der Druck PS in der Steuerungskammer 160 gleich oder größer als der Federdruck der Gegendruckfeder 172 wird, wird die Nadel 15 in die Ventilschließrichtung aufwärts bewegt. Somit wird die Ventilelementsitzoberfläche 125 von der inneren umlaufenden Wand des Ventilsitz 105 getrennt, so dass die Einspritzöffnung 106 geöffnet wird, wodurch der Hochdruckkraftstoff in der Kraftstoffakkumulationskammer 180 in den Zylinder der Maschine durch die Einspritzöffnung 106 eingespritzt wird.
Wenn der Druck P_S in der Steuerungskammer 160 kleiner als der Federdruck der Gegendruckfeder 172 wird, wird die Nadel 15 abwärts in die Ventilschließrichtung bewegt. Somit wird die Ventilelementsitzoberfläche 155 mit der inneren umlaufenden Wand des Ventilsitz 105 in Eingriff gebracht, so dass die Einspritzöffnung 106 geschlossen wird, wodurch das Einspritzen des Hochdruckkraftstoffs aus der Kraftstoffakkumulationskammer 180 durch die Einspritzöffnung 106 gestoppt wird.
Vorteile der vorliegenden Erfindung sind nachstehend unter Bezugnahme auf 2A bis 2F beschrieben. 2A bis 2F zeigen ein Beispiel für einen Zeitverlauf (Zeitverlaufdiagramm) für das Öffnen und Schließen des Kraftstoffeinspritzventils 10. Insbesondere zeigt 2A die Änderung in den Kraftstoffeinspritzventil-Antriebssignals SGINJ der ECU 21 im Verlaufe der Zeit. In 2B gibt ein durchgezogene Linie die Änderung in dem Antriebsstrom I_P im Verlaufe der Zeit in dem Fall der Ausführung des beispielhaften Steuerungsbetriebs gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel an, und eine gestrichelte Linie gibt die Änderung in dem Antriebsstrom I_P im Verlaufe der Zeit in dem Falle der Ausführung des Steuerungsbetriebs in einem früher vorgeschlagenen (herkömmlichen) Kraftstoffeinspritzgerät in einem Vergleichsbeispiel an. Weiterhin gibt in 2C eine durchgezogene Linie die Änderung in der piezoelektrischen Spannung V_P im Verlaufe der Zeit gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel an, und eine gepunktete Linie gibt die Änderung in der piezoelektrischen Spannung V_P im Verlaufe der Zeit gemäß dem Vergleichsbeispiel an. Außerdem gibt in 2D eine durchgezogene Linie die Änderung in der Versatzgröße X_P des piezoelektrischen Betätigungsglieds gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel an, und gibt eine gestrichelte Linie die Änderung in dem Versatz X_P des piezoelektrischen Betätigungsglieds gemäß dem Vergleichsbeispiel an. Weiterhin gibt in 2E eine durchgezogene Linie die Änderung in dem Steuerungskammerinnendruck P_S im Verlaufe der Zeit gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel an, und gibt eine gestrichelte Linie die Änderung in dem Steuerungskammerinnendruck P_S im Verlaufe der Zeit gemäß dem Vergleichsbeispiel an. Zusätzlich gibt in 2F eine durchgezogene Linie die Änderung in der Nadelanhebungsgröße X_N im Verlaufe der Zeit gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel an, und gibt eine gestrichelte Linie die Änderung in der Nadelanhebungsgröße X_N im Verlaufe der Zeit gemäß dem Vergleichsbeispiel an.
Die den Betriebszustand angebende Daten werden aus den (nicht gezeigten) verschiedenen Sensoren der ECU 21 zugeführt. Dann wird die Kraftstoffeinspritzbedingung, die dem gegenwärtigen Betriebszustand entspricht, durch die ECU 21 bestimmt, so dass die ECU 21 das Kraftstoffeinspritzventil-Antriebssignal SGINJ der EDU 20 zuführt. Dann lädt oder entlädt (führt zu oder ab) die EDU 20 den Antriebsstrom I_P in Bezug auf das piezoelektrische Betätigungsglied 110 in einer vorbestimmten Impulsperiode (Impulszeitdauer).
Wenn der Ventilöffnungsbefehl empfangen wird, wird der gepulste Strom der konstanten Impulszeitdauer t0 zu dem piezoelektrischen Betätigungsglied 110 als Ladestrom I_P zugeführt. Dadurch wird aufgrund des umgekehrten piezoelektrischen Effekts das piezoelektrische Betätigungsglied 110 expandiert, um den Druckkolben 120 zu drücken. Dabei empfängt das piezoelektrische Betätigungsglied 110 die Reaktionskraft von dem Druckkolben 120 in die Kompressionsrichtung (in Aufwärtsrichtung in 1), so dass die Spannung in derselben Richtung wie derjenigen der piezoelektrischen Spannung V_P aufgrund des piezoelektrischen Effekts erzeugt wird.
Durch Wiederholen des vorstehend beschriebenen Prozesses wird die piezoelektrische Spannung V_P in einer überlagerten Weise (kumulativen Weise) erhöht. Dadurch wird die Versatzgröße X_P des piezoelektrischen Betätigungsglieds 110 von der Anfangsposition (ungeladener Zustand) in Reaktion auf die Erhöhung der piezoelektrischen Spannung V_P erhöht. Wenn das piezoelektrische Betätigungsglied 110 expandiert wird, wird der Druckkolben 120 abwärts bewegt. Somit wird der Druck P_S in der Steuerungskammer 160 erhöht. Wenn der Druck P_S in der Steuerungskammer 160 gleich oder größer als der Federdruck der Gegendruckfeder 172 wird, d.h., wenn der Druck P_S in der Steuerungskammer 160 gleich oder größer als der Ventilöffnungsdruck P_OPN wird, beginnt die Nadel 15, sich aufwärts zu bewegen.
Wenn die Nadel 15 beginnt, sich aufwärts zu bewegen, wird das Volumen der Steuerungskammer 160 unmittelbar verringert. Dadurch wird der Druck, der auf das piezoelektrische Betätigungsglied 110 ausgeübt wird, verringert. Somit wird aufgrund des piezoelektrischen Effekts eine Spannung erzeugt, die in die Richtung entgegensetzt zu derjenigen der Ladespannung angelegt wird, so dass möglicherweise ein Verlangsamen der Antriebsbewegung des piezoelektrischen Betätigungsglieds 110 verursacht wird.
Im Hinblick darauf ist gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Knickpunkterfassungsanordnung (die als Knickpunkterfassungseinrichtung dient) 201 vorgesehen, die eine Änderung in dem Druck P_S in der Steuerungskammer 160 erfasst. Die Knickpunkterfassungsanordnung 201 wird zur Erfassung, d.h. zur Identifizierung eines Knickpunkts (inflection point) (der ebenfalls als Wendepunkt oder Beugepunkt bezeichnet ist) verwendet, der in dem Druckänderungsprozess des Drucks in der Steuerungskammer 160 auftritt. Beispielsweise kann der Knickpunkt möglicherweise ein Punkt sein, zu dem die Steigung der Änderung des gemessenen Werts oder die Rate der Änderung des gemessenen Werts wesentlich gegenüber dem vorhergehenden oder von dessen Sollwert abweicht. Bei Erfassung des Knickpunkts mit der Knickpunkterfassungsanordnung 201 wird eine Lade- und Entladebedingungs-Änderungsanordnung (die als Lade- und Entladebedingungs-Änderungseinrichtung dient) 202 verwendet, um den Ladestrom I_P schnell zu erhöhen, so dass es möglich ist, eine Modifikation durchzuführen, um einen Zustand zu erzielen, der gleich oder nahe an einem Zustand einer idealen Ladespannung V_IDEA ist.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Knickpunkterfassungsanordnung 201 in Form einer Antriebsspannungsmessschaltung, die die piezoelektrische Spannung V_P des piezoelektrischen Betätigungsglieds 110 misst, in der EDU 20 vorgesehen. Die Knickpunkterfassungsanordnung 201 überwacht eine kurzzeitige Änderung (eine zeitliche Ableitung) dV_P/dt in dem Ladeprozess der piezoelektrischen Spannung V_P , die einer kurzzeitigen Änderung (einer zeitlichen Ableitung) in dem Druckänderungsprozess des Drucks in der Steuerungskammer 160 entspricht bzw. diese reflektiert, um den Knickpunkt in dem Änderungsprozess der piezoelektrischen Spannung V_P und dadurch den Knickpunkt in dem Änderungsprozess des Drucks in der Steuerungskammer 160 zu identifizieren.
Wenn die Knickpunkterfassungsanordnung 201 den Knickpunkt in der kurzzeitigen Änderung dVp/dt erfasst, ändert die Lade- und Entladebedingungs-Änderungsanordnung 202 die Ladebedingung des piezoelektrischen Betätigungsglieds 110 in einer derartigen Weise, dass die Ladespannung V_P erhöht wird, d.h., dass die Impulszeitdauer (Impulsperiode) des Ladestroms I_P erhöht wird. Die Knickpunkterfassungsanordnung 201 und die Lade- und Entladebedingungs-Änderungsanordnung 202 sind nachstehend ausführlicher unter Bezugnahme auf 4 und 5 beschrieben.
Wenn die Impulszeitdauer (Impulsperiode) des Ladestroms I_P erhöht wird, wird die Ladespannung erhöht, um zu einem frühen Stadium die durch die Verringerung des Drucks P_S in die Steuerungskammer 160 verursachte Verringerung in der Ladespannung zu kompensieren. Daher wird selbst nach dem Abheben der Nadel 15, d.h. dem Lösen der Nadel 15 von der inneren umlaufenden Wand des Ventilsitzes 105 der Anstieg der piezoelektrischen Spannung V_P nicht wesentlich begrenzt oder behindert.
Danach wird, selbst nachdem der Druck in der Steuerungskammer 160 gleich oder größer als der Ventilöffnungsdruck P_OPN wird, der Druck P_S in der Steuerungskammer 160 erhöht gehalten, um die Nadel 15 schnell aufwärts zu bewegen. Als Ergebnis kann die Einspritzöffnung 106 schnell und vollständig freigegeben werden, d.h. kann schnell und vollständig geöffnet werden, wodurch das Einspritzen des Hochdruckkraftstoffs durch die Einspritzöffnung 106 schnell gestartet werden kann und schnell stabilisiert wird.
Wenn im Gegensatz dazu der Ventilschließbefehl empfangen wird, wird der gepulste Strom mit der konstanten Impulsperiode bzw. Impulszeitdauer aus dem piezoelektrischen Betätigungsglied 110 abgeführt (entladen). Dadurch wird aufgrund des umgekehrten piezoelektrischen Effekts das piezoelektrische Betätigungsglied 110 kontrahiert (zusammengezogen), um den Druck zu verringern, der den Druckkolben 120 drückt. Als Ergebnis beginnt der Druckkolben 120, sich aufgrund der Kraft der Kolbenrückführfeder 124 aufwärts zu bewegen. Dabei wird die Kompressionskraft, die von dem Druckkolben 120 auf das piezoelektrische Betätigungsglied 110 beaufschlagt wird, verringert, so dass das piezoelektrische Betätigungsglied 110 die Spannung, die in derselben Richtung wie die der piezoelektrischen Spannung V_P angelegt wird, entlädt bzw. abbaut.
Durch Wiederholen des vorstehend beschriebenen Prozesses wird die piezoelektrische Spannung V_P in der überlagerten Weise verringert. Dadurch wird die Versatzgröße X_P des piezoelektrischen Betätigungsglieds 110 in Reaktion auf die Verringerung der piezoelektrischen Spannung V_P verringert. Wenn das piezoelektrische Betätigungsglied 110 kontrahiert wird, wird der Druckkolben 120 aufwärts bewegt. Somit wird der Druck P_S in der Steuerungskammer 160 verringert. Wenn der Druck P_S in der Steuerungskammer 160 kleiner als der Ventilöffnungsbeibehaltungsdruck (Druck zum Beibehalten des Öffnens des Ventils) P_HLD wird, beginnt die Nadel 14, sich abwärts zu bewegen.
Dabei wird das Volumen der Steuerungskammer 160 verringert, und wird der Druck P_S in der Steuerungskammer 160 ummittelbar erhöht. Dadurch wird der Druck, der auf das piezoelektrische Betätigungsglied 110 ausgeübt wird, erhöht.
Somit wird aufgrund des piezoelektrischen Effekts eine Spannung, die in der Richtung angelegt ist, die entgegengesetzt zu derjenigen der Entladespannung ist, erzeugt, um dadurch möglicherweise das Verlangsamen der Bewegung des piezoelektrischen Betätigungsglieds 110 zu verursachen.
Im Hinblick darauf wird die Knickpunkterfassungsanordnung 201 verwendet, um den Knickpunkt zu erfassen, der bei Auftreten der Änderung in dem Druck P_S in der Steuerungskammer 160 auftritt. Dann wird bei Erfassung des Knickpunkts mit der Knickpunkterfassungsanordnung 201 die Lade- und Entladebedingungs-Änderungsanordnung 2 zum schnellen Erhöhen des Entladestroms I_P verwendet, so dass es möglicht ist, eine Modifikation zu machen, um den Zustand der gewünschten Entladespannung zu erzielen.
Die Verringerung der piezoelektrischen Spannung V_P , die durch die Erhöhung des Drucks P_S in der Steuerungskammer 160 verursacht wird, wird zu einem frühen Stadium durch die Erhöhung des Entladestroms I_P kompensiert. Dadurch wird selbst nach dem Setzen der Nadel 15, d.h. dem Einrücken der Nadel 15 gegen die innere umlaufende Wand des Ventilsitzes 105 die Verringerung der piezoelektrischen Spannung V_P nicht begrenzt oder behindert. Somit wird, selbst nachdem der Druck P_S in der Steuerungskammer 160 kleiner als der Ventilöffnungsbeibehaltungsdruck P_HLD wird, der Druck P_S in der Steuerungskammer 160 verringert gehalten. Dadurch wird die Nadel 15 schnell abwärts bewegt, um die Einspritzöffnung 106 zu schließen, damit die Einspritzung des Hochdruckkraftstoffs durch die Einspritzungsöffnung 106 schnell gestoppt wird.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die Ansprechzeitdauer (Reaktionszeitdauer), die von dem Ventilöffnungs-Startzeitpunkt OP_STR1 bis zum Öffnungsabschlusszeitpunkt OP_STP1 verläuft (die Betriebszeitdauer zum Anheben des Ventilelements von dem Ventilsitz), im Vergleich zu der Ansprechzeitdauer verkürzt, die dem Ventilöffnungs-Startzeitpunkt OP_STRZ bis zu dem Ventilöffnungs-Abschlusszeitpunkt OP_STPZ in dem Fall des herkömmlichen Kraftstoffeinspritzgeräts des Vergleichsbeispiels entspricht. Weiterhin wird gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Ansprechzeitdauer, die von dem Ventilschließ-Startzeitpunkt CL_STR1 bis zu dem Ventilschließ-Abschlusszeitpunkt CL_STP1 verläuft (die Betriebszeitdauer des Setzens des Ventilelements auf den Ventilsitz) im Vergleich zu der Ansprechzeitdauer verkürzt, die von dem Ventilschließ-Startzeitpunkt CL_STRZ bis zu dem Ventilschließ-Abschlusszeitpunkt CL_STPZ im Falle des herkömmlichen Kraftstoffeinspritzgeräts des Vergleichsbeispiels verläuft.
Somit wird das Ansprechen (die Reaktion) der Nadel 15 verbessert, wodurch die Kraftstoffgenauigkeit des Hochdruckkraftstoffs verbessert wird. Als Ergebnis wird die Zuverlässigkeit des Kraftstoffeinspritzgeräts 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel verbessert.
Nachstehend sind die Nachteile des herkömmlichen Kraftstoffeinspritzgeräts des Vergleichsbeispiels unter Bezugnahme auf 3A bis 3F beschrieben, die jeweils ähnlich zu 2A bis 2F sind.
In dem herkömmlichen Kraftstoffeinspritzgerät werden das Zuführen und Abführen (Laden und Entladen) des Antriebsstroms I_P des piezoelektrischen Betätigungsglieds mit einer konstanten Impulszeitdauer t0 durchgeführt.
In dem Prozess, der von dem Zeitpunkt unmittelbar nach dem Start des Antriebs der Nadel 15 in die Ventilöffnungsrichtung bis zu dem Zeitpunkt des Ventilöffnens verläuft, wird das Volumen der Steuerungskammer 160 in Reaktion auf die Aufwärtsbewegung der Nadel 15 erhöht, wodurch das Erhöhen des Drucks PS in der Steuerungskammer 160 begrenzt wird.
Daher wird der Druck, der auf das piezoelektrische Betätigungsglied 110 beaufschlagt wird, verringert. Zu diesem Zeitpunkt wird die Spannung in der entgegengesetzten Richtung erzeugt, die entgegengesetzt zu derjenigen der Ladespannung aufgrund des piezoelektrischen Effekts ist. Somit wird, wie es in 3C angegeben ist, der Knickpunkt V_P1 an der ansteigenden Flanke des Änderungsprozesses der piezoelektrischen Spannung V_P erzeugt. Daher wird im Vergleich zu der idealen piezoelektrischen Spannung V_IDEA der Anstieg der piezoelektrischen Spannung Vp nach dem Knickpunkt V_P1 verlangsamt. Daher wird ebenfalls die Expansionsgeschwindigkeit der Versatzgröße X_P des piezoelektrischen Betätigungsglieds 110 verlangsamt.
Als Ergebnis wird die Zeitdauer, die von dem Ventilöffnungs-Startzeitpunkt OP-S_TRZ bis zu dem Ventilöffnungs-Abschlusszeitpunkt OSTPZ verläuft, in dem Vergleichsbeispiel verlängert.
Weiterhin wird im den Prozess der von dem Zeitpunkt unmittelbar nach dem Start des Antriebs der Nadel 15 in der Ventilschließrichtung zu dem Zeitpunkt des Ventilschließens verläuft, das Volumen der Steuerungskammer 160 in Reaktion auf die Abwärtsbewegung der Nadel 15 verringert, wodurch die Verringerung in dem Druck P_S in der Steuerungskammer 160 begrenzt wird. Zu dieser Zeit wird aufgrund des piezoelektrischen Effekts eine Spannung in einer Richtung erzeugt, die entgegengesetzt zu derjenigen der Entladespannung ist. Wie es in 3C gezeigt ist, wird der Knickpunkt V_P2 an der abfallenden Flanke des Änderungsprozesses der piezoelektrischen Spannung Vp erzeugt. Daher wird im Vergleich zu der idealen piezoelektrischen Spannung V_IDEA der Abfall der piezoelektrischen Spannung V_P nach dem Knickpunkt V_P2 verlangsamt. Daher wird ebenfalls die Kontraktionsgeschwindigkeit der Versatzgröße X_P des piezoelektrischen Betätigungsglieds 110 verlangsamt.
Als Ergebnis wird in dem Vergleichsbeispiel die Zeitdauer verlängert, die von dem Ventilschließ-Startzeitpunkt CL_STRZ bis zu dem Ventilschließ-Abschlusszeitpunkt CL_STPZ verläuft.
Wie es vorstehend beschrieben worden ist, weicht in dem Fall des herkömmlichen Kraftstoffeinspritzgeräts des Vergleichsbeispiels, bei dem das Aufbauen und Abbauen (Laden und Entladen) der Spannung mit einer konstanten Impulszeitdauer (Impulsperiode) durchgeführt werden, die Erhöhung oder Verringerung der piezoelektrischen Spannung V_P von dem idealen Zustand (der idealen piezoelektrischen Spannung V_IDEA ) aufgrund der Änderung des Drucks in der Steuerungskammer bei der Ausführung des Ventilöffnens oder des Ventilschließens ab.
Unter Bezugnahme auf 4A bis 4D und 5 ist nachstehend die Knickpunkterfassungsanordnung 201 und die Lade- und Entladebedingungs-Änderungsanordnung 202 beschrieben.
4A bis 4D zeigen ein Beispiel für Zeitverläufe (ein Zeitverlaufsdiagramm) während des Ventilöffnens des Kraftstoffeinspritzventils 10, d.h., während des Ladens des piezoelektrischen Betätigungsglieds 110. Insbesondere gibt 4A das Antriebssignal SG_INJ an, das aus der ECU 21 entsprechend dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine ausgegeben wird, um das Kraftstoffeinspritzventil 1ß anzutreiben. 4B gibt das Schaltsignal SG_SW an, das aus der EDU 20 ausgegeben wird, die das Antriebssignal SG_INJ aus der ECU 21 empfangen hat, um das piezoelektrische Betätigungsglied 110 zu laden. 4C gibt den Antriebsstrom I_P an, der entsprechend dem Schaltsignal SG_SW fließt. 4D gibt die piezoelektrische Spannung V_P an, die in das piezoelektrischen Betätigungsglied 110 durch den Antriebsstrom I_P geladen bzw. aufgebaut wird.
Wie es in 4A bis 4D gezeigt ist, startet, wenn das aus der ECU 21 ausgegebene Kraftstoffeinspritzventil-Antriebssignal SG_INJ in dem eingeschalteten Zustand (EIN-Zustand) versetzt wird, die EDU 20 das Laden des piezoelektrischen Betätigungsglieds 110 mit der konstanten Impulszeitdauer t0. Wenn der gepulste Strom I_P in der überlagerten Weise zugeführt bzw. geladen wird, wird die piezoelektrische Spannung V_P erhöht. Wenn der Druck P_S in der Steuerungskammer 160 gleich oder größer als der Ventilöffnungsdruck P_OPN wird, beginnt die Nadel 15 das Ventilöffnen. Dann wird, wenn der Druck P_S in der Steuerungskammer 160 beginnt, sich unmittelbar zu verringern, der Knickpunkt V_P1 an der ansteigenden Flanke des Ladungsprozesses der piezoelektrischen Spannung V_P erzeugt. Zu diesem Zeitpunkt wird die Impulszeitdauer des Ladestroms Ip von der Impulszeitdauer des Ladestroms I_P von der Impulszeitdauer t0 auf die Impulszeitdauer t1 geändert, wodurch der Ladestrom I_P erhöht wird. Somit wird der piezoelektrische Strom V_P schnell erhöht, so dass die Sollspannung V_TRG erzielt wird. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist im Vergleich zu dem herkömmlichen Kraftstoffeinspritzgerät des Vergleichsbeispiels, bei dem der Ladestrom mit einer konstanten Impulszeitdauer zugeführt wird, die Änderung in der piezoelektrischen Spannung V_P näher an derjenigen der idealen piezoelektrischen Spannung V_IDEA .
5 zeigt ein spezifisches Beispiel für ein Steuerungsflussdiagramm, dass das Steuerungsverfahren der Knickpunkterfassungsanordnung 201 und der Lade- und Entladebedingungs-Änderungsanordnung 202 während des Ventilöffnens gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel angibt.
In Schritt S100 wird das Antriebssignal des Kraftstoffeinspritzventils 10 aus der ECU 21 der EDU 20 zugeführt, so dass das Kraftstoffeinspritzventil 10 in einen Antriebsbereitschaftszustand versetzt wird.
In Schritt S110 wird das Schaltsignal in den eingeschalteten Zustand (EIN-Zustand) versetzt, und die EDU 20 steuert den Ausgang des Antriebsstroms IP. Dabei wird die Impulszeitdauer des Ladestroms IP, die als die Ladebedingung dient, als die Anfangsimpulszeitdauer t0 eingestellt, und das Laden des piezoelektrischen Betätigungsglieds 110 wird gestartet.
In Schritt S120 wird die kurzzeitige Änderung dVp/dt der piezoelektrischen Spannung VP, die an das piezoelektrische Betätigungsglied 110 angelegt wird, überwacht, d.h. gemessen.
In Schritt S130 wird auf der Grundlage einer Differenz zwischen einem Sollwert von dVp/dt und dem tatsächlich gemessenen gegenwärtigen Wert von dVp/dt bestimmt ob ein Knickpunkt der piezoelektrischen Spannung vorhanden ist.
Wenn die Differenz zwischen dem Sollwert von dVp/dt und dem tatsächlich gemessenen gegenwärtigen Wert von dVp/dt relativ groß ist und dadurch in Schritt S130 zu der Bestimmung führt, dass ein Knickpunkt der piezoelektrischen Spannung vorhanden ist (Identifikation des Knickpunkts), geht die Steuerung zu Schritt S140 über.
In Schritt S140 ändert die Lade- und Entladebedingungs-Änderungsanordnung 202 das Schaltsignal derart, dass es beispielsweise die zweite Impulszeitdauer t1 aufweist, um die Differenz zwischen dem tatsächlich gemessenen gegenwärtigen Wert dVp/dt und dem Sollwert von dVp/dt zu kompensieren, so dass der Ladestrom I_P erhöht wird.
Dann kehrt die Steuerung zu Schritt S120 zurück, in dem der tatsächlich gemessene gegenwärtige Wert von dVp/dt erhalten wird, woraufhin die Steuerung zu Schritt S130 übergeht, um auf der Grundlage einer Differenz zwischen dem Sollwert von dVp/dt und dem tatsächlich gemessenen gegenwärtigen Wert von dVp/dt zu bestimmen, ob der Knickpunkt der piezoelektrischen Spannung vorhanden ist.
Wenn die Differenz zwischen dem tatsächlich gemessenen gegenwärtigen Wert von dVp/dt und dem Sollwert von dVp/dt relativ klein wird und dadurch in Schritt S130 zu der Bestimmung führt, dass kein Knickpunkt der piezoelektrischen Spannung vorhanden ist, geht die Steuerung zu S150 über.
In Schritt S150 wird der Wert von dVp/dt kumuliert, und wird die piezoelektrische Spannung V_P des piezoelektrischen Betätigungsglieds 110 berechnet.
In Schritt S160 wird bestimmt, ob die erhaltene piezoelektrische Spannung V_P die Sollspannung V_TRG erreicht hat.
Wenn in Schritt S160 bestimmt wird, dass die erhaltene piezoelektrische Spannung Vp die Sollspannung V_TRG nicht erreicht hat (d.h. NEIN in Schritt S160), kehrt die Steuerung zu Schritt S120 zurück, um das Laden des piezoelektrischen Betätigungsglieds 110 beizubehalten.
Bei Wiederholung der Schritte S120 bis S160 geht, wenn die piezoelektrische Spannung V_P die Sollspannung V_TRG erreicht hat (JA in Schritt S160), die Steuerung zu Schritt S170 voran, in dem das Schaltsignal in dem ausgeschalteten Zustand (AUS-Zustand) versetzt wird, so dass das Laden des piezoelektrischen Betätigungsglieds beendet wird.
Während des Ventilschließens des Kraftstoffeinspritzventils 10, d.h. während des Entladens des piezoelektrischen Betätigungsglied 110 wird die entsprechende Verarbeitung (Prozedur) entsprechend einem ähnlichen Flussdiagramm ausgeführt, das ähnlich zu demjenigen gemäß 5 ist. Das heißt, die kurzzeitige Änderung dVp/dt wird überwacht. Dann, wenn ein Knickpunkt auf der abfallenden Flanke der piezoelektrischen Spannung V_P erfasst wird, wird die Entladeimpulszeitdauer T geändert, um den Entladestrom I_P zu erhöhen, um die Entladebedingung bis zum Abschluss des Entladens zu steuern. Insbesondere wird der Steuerungsbetrieb zu Erhöhung der Entladeimpulszeitdauer T ausgeführt, um die piezoelektrische Spannung V_P zu verringern, die aufgrund des Anstiegs P_S in der Steuerungskammer 160 erhöht wird.
Ein Kraftstoffeinspritzgerät 1a gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf 6 beschrieben. Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel als auch gemäß nachfolgenden Ausführungsbeispielen sind Komponenten, die ähnlich zu denjenigen gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel sind, durch gleiche Bezugszeichen angegeben und werden zur Vereinfachung der Beschreibung nicht ausführlich beschrieben.
Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist die Antriebsspannungsmessschaltung, die die Antriebsspannung, d.h. die piezoelektrische Spannung V_P des piezoelektrischen Betätigungsglieds 110 misst, als die Knickpunkterfassungsanordnung 210 vorgesehen. Im Gegensatz dazu ist gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel gemäß 6 die Knickpunkterfassungsanordnung 201a als ein Aufbau implementiert, bei dem ein Abschnitt des piezoelektrischen Betätigungsglieds 110 als ein Drucksensor 190 verwendet wird, der den dem piezoelektrischen Betätigungsglied 110 beaufschlagten Druck erfasst. Wenn Druck dem Drucksensor 190 beaufschlagt wird, wird die Spannung VP(a) aufgrund des piezoelektrischen Effekts erzeugt. Der Drucksensor 190 empfängt die in dem piezoelektrischen Element 191 erzeugte Spannung durch die seitlichen Oberflächenelektroden 192 und 193. Die Spannung wird durch eine Umwandlungsschaltung (Spannungs-Lastwandler) 203 verarbeitet, um einer Lastumwandlung unterzogen zu werden. Die Information, die aus der Wandlungsschaltung 203a ausgegeben wird, wird durch die EDU 20a als die Information überwacht, die indirekt eine Änderung in den Druck P_S in der Steuerungskammer 160 angibt. Auf der Grundlage dieser Information kompensiert die Lade- und Entladebedingungs-Änderungsanordnung 202a die Einflüsse der Änderung in den Druck PS in der Steuerungskammer 160.
Der Drucksensor 190 kann als ein Lastsensor angesehen werden, der eine Belastung (den Druck) auf den piezoelektrischen Betätigungsglied 110 misst. In einem derartigen Fall kann die Knickpunkterfassungsanordnung 201a einen gegenwärtigen Wert einer kurzzeitigen Änderung (eine zeitliche Ableitung) dV_L/dt einer Belastungsspannung V_L auf der Grundlage der Belastungsspannung V_L berechnen, die auf der Grundlage eines piezoelektrischen Effekts des Lastsensors (des Drucksensors 190) erzeugt wird. Dann kann die Knickpunkterfassungsanordnung 201a den Knickpunkt aufgrund einer Differenz zwischen dem gegenwärtigen Wert der kurzzeitigen Änderung dV_L/dt und dem Sollwert der kurzzeitigen Änderung dV_L/dt erfassen, d.h. identifizieren.
Ein Gesamtaufbau eines Kraftstoffeinspritzgeräts 1b gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf 7 beschrieben. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist ein Drucksensor 190b in der Druckkammer 126 vorgesehen, um direkt den Druck PS in der Steuerungskammer 10 zu messen.
8A bis 8D zeigen ein Beispiel für Zeitverläufe (ein Zeitverlaufsdiagramm) beim Ventilöffnen des Ventileinspritzventils 10b. Insbesondere gibt 8A das Antriebssignal SG_INJ an, das aus der ECU 21b entsprechend dem Betriebszustand der Maschine ausgegeben wird, um das Kraftstoffeinspritzventil 10b anzutreiben. 8B gibt das Schaltsignal SG_SW an, dass aus der EDU 20b ausgegeben wird, die das Antriebssignal SG_INJ aus der ECU 21 empfangen hat, um das piezoelektrische Betätigungsglied 210 zu laden. 8C gibt den Antriebsstrom Ip an, der entsprechend dem Schaltsignal SG_SW fließt. 8D gibt den Druck P_S in der Steuerungskammer 160 an.
Wie es in 8A bis 8D gezeigt ist, startet, wenn das aus der ECU 21b ausgegebene Kraftstoffeinspritzventil-Antriebssignal SG_INJ in dem eingeschalteten Zustand (EIN-Zustand) versetzt ist, die EDU 20b das Laden des piezoelektrischen Betätigungsglieds 110 mit der konstanten Impulszeitdauer t0. Wenn der Druck P_S in der Steuerungskammer 160 gleich oder größer als der Ventilöffnungsdruck P_OPN wird, beginnt die Nadel 15, sich aufwärts zum Öffnen der Einspritzöffnung 106 zu bewegen. Dann, wenn der Druck P_S in der Steuerungskammer 160 unmittelbar verringert wird, wird der Knickpunkt P1 auf der ansteigenden Flanke des gemessenen Drucks PN in der Steuerungskammer 160 derart erzeugt, dass er von dem idealen Druck PIDEA abweicht. Zu diesem Zeitpunkt wird die Impulszeitdauer (Impulsperiode) des Ladestroms I_P von der Impulszeitdauer t0 auf die Impulszeitdauer t1 geändert, wodurch der Ladestrom I_P erhöht wird. Somit wird die Verringerung der Expansionsgeschwindigkeit des piezoelektrischen Betätigungsglieds 110 kompensiert. Als Ergebnis wird der Druck P_S in der Steuerungskammer 160 schnell erhöht und erreicht dadurch den Solldruck PTRG.
9 zeigt ein spezifisches Beispiel für ein Steuerungsflussdiagramm, das das Steuerungsverfahren während des Ventilöffnens gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel angibt.
In Schritt S200 wird das Antriebssignal des Kraftstoffeinspritzventils 10b aus der ECU 21b der EDU 20b zugeführt, so dass das Kraftstoffeinspritzventil 10b in den Antriebsbereitschaftszustand versetzt wird.
In Schritt S210 wird das Schaltsignal in den EIN-Zustand versetzt, und steuert die EDU 20b die Ausgabe des Antriebsstroms IP. Zu diesem Zeitpunkt wird die Impulszeitdauer des Ladestroms IP, die als Ladebedingung dient, auf die Anfangsimpulszeitdauer t0 eingestellt, und wird das Laden des piezoelektrischen Betätigungsglieds 110b gestartet.
In Schritt S220 wird die kurzzeitige Änderung dVp/dt der piezoelektrischen Spannung Vp, die in das piezoelektrische Betätigungsglied 110b geladen wird, überwacht, d.h. gemessen.
In Schritt S230 wird die kurzzeitige Änderung dP/dt des Drucks P_S in der Steuerungskammer 160 überwacht, d.h. gemessen.
In Schritt S240 wird auf der Grundlage einer Differenz zwischen dem Sollwert von dP/dt und dem tatsächlich gemessen gegenwärtigen Wert von dP/dt bestimmt, ob ein Knickpunkt der piezoelektrischen Spannung vorhanden ist.
Wenn die Differenz zwischen dem tatsächlich gemessenen gegenwärtigen Wert von dP/dt und dem Sollwert von dP/dt relativ groß ist und dadurch in Schritt S240 zu der Bestimmung führt, dass ein Knickpunkt auf der ansteigenden Flanke P_S in der Steuerungskammer 160 vorhanden ist, geht die Steuerung zu Schritt S250 über.
In Schritt S250 ändert die Lade- und Entladebedingungs-Änderungsanordnung 202b das Schaltsignal derart, dass es beispielsweise die zweite Impulszeitdauer t1 aufweist, um die Differenz zwischen dem tatsächlich gemessenen gegenwärtigen Wert von dP/dt und dem Sollwert von dP/dt derart zu kompensieren, dass der Ladestrom I_P erhöht wird.
Dann kehrt die Steuerung zu den Schritten S220 und S230 über, um den gemessenen Wert von dVp/dt und den gemessenen Wert von dP/dt jeweils zu erhalten. Danach wird in Schritt S240 auf der Grundlage der Differenz zwischen dem Sollwert von dP/dt und dem tatsächlich gemessenen gegenwärtigen Wert von dP/dt erneut bestimmt, ob ein Knickpunkt der piezoelektrischen Spannung vorhanden ist.
Wenn die Differenz zwischen dem tatsächlich gemessenen gegenwärtigen Wert von dP/dt und dem Sollwert von dP/dt relativ klein wird und dadurch in Schritt S240 zu der Bestimmung führt, dass kein Knickpunkt auf der ansteigenden Flanke des Drucks P_S in der Steuerungskammer 160 vorhanden ist, geht die Steuerung zu Schritt S260 über.
In Schritt 260 wird der Wert von dVp/dt kumuliert, und wird die piezoelektrische Spannung V_P des piezoelektrischen Betätigungsglieds 110 berechnet.
In Schritt S270 wird bestimmt, ob die erhaltene piezoelektrische Spannung V_P die Sollspannung V_TRG erreicht hat.
Wenn in Schritt S270 bestimmt wird, dass die erhaltene piezoelektrische Spannung Vp die Sollspannung V_TRG nicht erreicht hat, kehrt die Steuerung zu Schritt S220 zurück, um das Laden des piezoelektrischen Betätigungsglieds 110 beizubehalten.
Bei Wiederholung der Schritte S220 bis S270 geht, wenn die piezoelektrische Spannung V_P die Sollspannung V_TRG erreicht hat, die Steuerung zu Schritt S280 über, in dem das Schaltsignal in den ausgeschalteten Zustand (AUS-Zustand) versetzt wird, so dass das Laden des piezoelektrischen Betätigungsglieds 110 beendet wird.
Während des Ventilschließens des Kraftstoffeinspritzventils 10b, d.h. während des Entladens des piezoelektrischen Betätigungsglieds 110b wird die entsprechende Verarbeitung entsprechend einem ähnlichen Flussdiagramm ausgeführt, das ähnlich zu demjenigen gemäß 9 ist. Das heißt, die kurzzeitige Änderung dVp/dt und die kurzzeitige Änderung dP/dt werden überwacht. Dann, wenn ein Knickpunkt auf der abfallenden Flanke des Drucks P_S in der Steuerungskammer 160 erfasst wird, wird die Entladeimpulszeitdauer T geändert, um den Entladestrom I_P zu erhöhen, um die Entladebedingung bis zum Abschluss des Entladens zu steuern. Insbesondere wird der Steuerungsbetrieb zum Erhöhen der Entladeimpulszeitdauer T ausgeführt, um die piezoelektrische Spannung V_P zu verringern, die aufgrund der Erhöhung des Drucks P_S in der Steuerungskammer 160 erhöht wird.
Das dritte Ausführungsbeispiel kann wie nachstehend beschrieben modifiziert werden. Das heißt, der Überwachungsschritt des Überwachens der kurzzeitigen Änderung dV_P/dt kann entfallen, und dadurch kann lediglich der Überwachungsschritt des Überwachens der kurzzeitigen Änderung dP/dt ausgeführt werden. In einem derartigen Fall kann anstelle des Kumulierens des Werts von dVp/dt der Wert von dP/dt kumuliert werden. Dann kann, wenn der Druck P_S in der Steuerungskammer 160 den Solldruck PTRG erreicht, das Schaltsignal in den AUS-Zustand versetzt werden.
10a bis 10d zeigen ein spezifisches Beispiel für ein Steuerungsflussdiagramm, das das Steuerungsverfahren der Knickpunkterfassungsanordnung 201 und der Lade- und Entladebedingungs-Änderungsanordnung 202 während des Ventilschließens gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung angibt. 11 zeigt ein spezifisches Beispiel für ein Steuerungsflussdiagramm, das ein Steuerungsverfahren der Knickpunkterfassungsanordnung 201 und der Lade- und Entladebedingungs-Änderungsanordnung 202 während des Ventilöffnens gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel angibt.
Gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen ändert die Lade- und Entladebedingungs-Änderungsanordnung 202, 202a, 202b den Ladestrom oder die Impulszeitdauer des Entladestroms zum Erhöhen oder Verringern der Entladespannung. Im Gegensatz dazu wird gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, wie es in 10a bis 10d und 11 gezeigt ist, ein Pulsbreitenmodulations-Steuerungsbetrieb (PWM-Steuerungsbetrieb) ausgeführt. In dem PWM-Steuerungsbetrieb wird, während die Impulszeitdauer konstant gehalten wird, das Tastverhältnis eines Ladeimpulses des Ladestroms oder ein Entladeimpuls des Entladestroms erhöht oder verringert, um die Ladespannung oder Entladespannung zu erhöhen oder zu verringern.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel kann das Flussdiagramm, das ähnlich zu dem Flussdiagramm gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen ist, verwendet werden. Das Flussdiagramm gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von denjenigen gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen in den nachfolgenden Punkten. Das heißt, als Anfangseinstellung wird in Schritt S310 ein Anfangswert des Tastverhältnisses R auf R0=t0/T0 eingestellt. Dann wird in Schritt S340 anstelle des Änderns der Schaltimpulszeitdauer T das Tastverhältnis R während des Ventilöffnens auf beispielsweise R1=t1/T0 geändert.
Durch die Impulsbreitenmodulation wird ein Erhöhen oder Verringern der Ladespannung oder der Entladespannung ausgeführt. Somit wird die aufgrund des piezoelektrischen Effekts bei der Druckänderung erzeugte piezoelektrische Spannung Vp schnell auf den gewünschten Wert modifiziert.
Somit wird ähnlich wie gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Kraftstoffeinspritzgerät implementiert, das ein gutes Ansprechen und eine gute Kraftstoffeinspritzgenauigkeit zeigt.
Weiterhin kann die Lade- und Entladebedingungsänderunganordnung eine Kombination des Änderns der Schaltimpulszeitdauer und des Ändern des Tastverhältnisses ausführen.
Weiterhin ist es zur Begrenzung einer Prellbewegung der Nadel 15 während des Ventilschließens möglich, einen Steuerungsbetrieb auszuführen, der die Entladeimpulszeitdauer T unmittelbar vor dem Setzen der Sitzoberfläche 155 des Ventilelements 154 gegen (auf) die innere umlaufende Wand des Ventilsitzes 105 verringert, oder einen Steuerungsbetrieb auszuführen, der das Tastverhältnis R des Entladungsimpulses verringert. Auf diese Weise wird unmittelbar vor dem Setzen der Nadel 15 die Antriebsgeschwindigkeit der Nadel 15 verlangsamt, so dass die Prellbewegung der Nadel 15 begrenzt werden kann.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele begrenzt. Das heißt, die vorliegenden Ausführungsbeispiele können innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung modifiziert werden, in der die Druckänderung in der Steuerungskammer erfasst wird, und der Antriebsstrom des piezoelektrischen Betätigungsglieds zur Kompensation der Einflüsse des in dem piezoelektrischen Betätigungsglied aufgrund der Druckänderung in der Steuerungskammer erzeugten piezoelektrischen Effekts zu kompensieren.
Beispielsweise ist die vorliegende Erfindung nicht auf den Aufbau des Kraftstoffeinspritzventils beschränkt, der gemäß den vorliegenden Ausführungsbeispielen beschrieben worden ist, bei dem der Hochdruckkraftstoff der Kraftstoffakkumulationskammer durch den nadelinternen Flusskanal zugeführt wird, der in der Nadel geformt ist. Beispielsweise kann die vorliegende Erfindung auf ein Kraftstoffventil angewandt werden, das einen Aufbau aufweist, in dem der Hochdruckkraftstoff direkt der Kraftstoffakkumulationskammer zugeführt wird. Weiterhin ist die vorliegende Erfindung nicht auf das Kraftstoffeinspritzventil gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen begrenzt, bei dem eine einzelne Einspritzöffnung geöffnet oder geschlossen wird. Beispielsweise kann die vorliegende Erfindung auf ein Kraftstoffeinspritzventil angewandt werden, bei dem das distale Ende der Düse geschlossen wird und eine Sackkammer (sack chamber) vorgesehen ist, um den Kraftstoff zu akkumulieren, während eine Vielzahl von Einspritzöffnungen sich durch die Wand der Sackkammer erstrecken.
Zusätzliche Vorteile und Modifikationen sind für den Fachmann verständlich. Die Erfindung in ihrer breiteren Bedeutung ist daher nicht auf die spezifischen Details, die repräsentativen Geräte und veranschaulichenden Beispiele begrenzt, die gezeigt und beschrieben worden sind.
Wie es vorstehend beschrieben worden ist, erfasst eine Knickpunkterfassungsanordnung (201) einer elektronischen Antriebseinheit (20), die ein Kraftstoffeinspritzventil (10) antreibt, einen Knickpunkt in einem Druckänderungsprozess des Drucks in einer Steuerungskammer (160). Bei Erfassung des Knickpunkts, der mit der Knickpunkterfassungsanordnung (201) erfasst wird, ändert eine Lade- und Entladebedingungs-Änderungsanordnung (202) der elektronischen Antriebseinheit (20) eine Ladebedingung zum Zuführen (Laden) des elektrischen Stroms zu einem piezoelektrischen Betätigungsglied (110) des Kraftstoffeinspritzventils (10) oder eine Entladebedingung zum Abführen (Entladen) des elektrischen Stroms aus dem piezoelektrischen Betätigungsglied (110).

Claims

Kraftstoffeinspritzgerät mit einer Düse (104), die eine Kraftstoffeinspritzöffnung (106), die durch eine Wand eines distalen Endabschnitts der Düse (104) verläuft, und einen Ventilsitz (105) aufweist, die einen Einlass der Kraftstoffeinspritzöffnung (106) umgibt, einer Nadel (15), die ein Ventilelement (154) an einer distalen Endseite der Nadel (15) aufweist und axial in einer ersten axialen Richtung und einer entgegengesetzten zweiten axialen Richtung in Bezug auf den Ventilsitz (105) hin- und herbewegbar ist, einer Steuerungskammer (160), die ein druckleitendes Fluid aufnimmt, das einen Druck auf die Nadel (15) zur axialen Bewegung der Nadel (15) ausübt, einem piezoelektrischen Betätigungsglied (110), das in Abhängigkeit von einer Antriebsspannung expandiert und kontrahiert, die durch Zuführen von elektrischem Strom zu dem piezoelektrischen Betätigungsglied (110) und Abführen von elektrischem Strom aus dem piezoelektrischen Betätigungsglied (110) jeweils erhöht und verringert wird, wobei die eine der Expansion und Kontraktion des piezoelektrischen Betätigungsglieds (110) zu einer Erhöhung des Drucks des druckleitenden Fluids in der Steuerungskammer (160) zur axialen Bewegung der Nadel (15) in der ersten axialen Richtung weg von dem Ventilsitz (105) führt, und die andere der Expansion und der Kontraktion des piezoelektrischen Betätigungsglieds (110) zu einer Verringerung in dem Druck des druckleitenden Fluids in der Steuerungskammer (160) zur axialen Bewegung der Nadel (15) in der zweiten axialen Richtung zu dem Ventilsitz (105) hin führt, einer Knickpunkterfassungseinrichtung (201) zur Erfassung eines Knickpunkts in einem Druckänderungsprozesses in der Steuerungskammer (160), und einer Lade- und Entladebedingungs-Änderungseinrichtung (202) zur Änderung einer Ladebedingung für das Zuführen des elektrischen Stroms zu dem piezoelektrischen Betätigungsglied (110) oder einer Entladebedingung für das Abführen des elektrischen Stroms aus dem piezoelektrischen Betätigungsglied (110) bei Erfassung des Knickpunkts, der mit der Knickpunkterfassungseinrichtung (201) erfasst wird.
Kraftstoffeinspritzgerät nach Anspruch 1, wobei die Knickpunkterfassungseinrichtung (201) eine Spannungsmessschaltung (201) aufweist, die eine als Antriebsspannung dienende und in dem piezoelektrischen Betätigungsglied (110) erzeugte piezoelektrische Spannung Vp misst, die Knickpunkterfassungseinrichtung (201) einen tatsächlichen Wert einer zeitlichen Ableitung dVp/dt der piezoelektrischen Spannung Vp auf der Grundlage der piezoelektrischen Spannung Vp berechnet, die mit der Spannungsmessschaltung (201) gemessen wird, und die Knickpunkterfassungseinrichtung (201) einen Knickpunkt auf der Grundlage einer Differenz zwischen dem tatsächlichen Wert der zeitlichen Ableitung dVp/dt und einem Sollwert der zeitlichen Ableitung dV_P/dt identifiziert.
Kraftstoffeinspritzgerät nach Anspruch 1, wobei die Knickpunkterfassungseinrichtung (201) einen Drucksensor (190b) aufweist, der den Druck Ps in der Steuerungskammer (160) misst, die Knickpunkterfassungseinrichtung (201) einen tatsächlichen Wert einer zeitlichen Ableitung dPs/dt des Drucks P_S in der Steuerungskammer (160) auf der Grundlage des Drucks Ps in der Steuerungskammer (160) berechnet, der mit dem Drucksensor (190b) erfasst wird, und die Knickpunkterfassungseinrichtung (201) den Knickpunkt auf der Grundlage einer Differenz zwischen dem tatsächlichen Wert der zeitlichen Ableitung dPs/dt und einem Sollwert der zeitlichen Ableitung dPs/dt identifiziert.
Kraftstoffeinspritzgerät nach Anspruch 1, wobei ein Abschnitt des piezoelektrischen Betätigungsglieds (110) einen Lastsensor (190) bildet, der eine Belastung auf dem piezoelektrischen Betätigungsglied (110) misst, die Knickpunkterfassungseinrichtung (210) einen tatsächlichen Wert einer Ableitung dV_L/dt einer Belastungsspannung V_L auf der Grundlage der Belastungsspannung V_L berechnet, die aufgrund eines piezoelektrischen Effekts des Lastsensors (190) erzeugt wird, und die Knickpunkterfassungseinrichtung (201) den Knickpunkt auf der Grundlage einer Differenz zwischen dem tatsächlichen Wert der zeitlichen Abweichung dV_L/dt und einem Sollwert der zeitlichen Ableitung dV_L/dt identifiziert.
Kraftstoffeinspritzgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Lade- und Entladebedingungs-Änderungseinrichtung (202) eine Ladeimpulszeitdauer des elektrischen Stroms, der dem piezoelektrischen Betätigungsglied (110) zugeführt wird und als Ladebedingung dient, oder eine Entladungsimpulszeitdauer des elektrischen Stroms erhöht oder verringert, der aus dem piezoelektrischen Betätigungsglied (110) abgeführt wird und als die Entladebedingung dient.
Kraftstoffeinspritzgerät nach Anspruch 5, wobei die Lade- und Entladebedingungs-Änderungseinrichtung (202) die Ladeimpulszeitdauer zur Erhöhung der Antriebsspannung des piezoelektrischen Betätigungsglieds (110) erhöht, die aufgrund einer Verringerung des Drucks in der Steuerungskammer (160) in einer Betriebszeitdauer des Anhebens des Ventilelements von dem Ventilsitz (105) verringert wird.
Kraftstoffeinspritzgerät nach Anspruch 5, wobei die Lade- und Entladebedingungs-Änderungseinrichtung (202) die Entladeimpulszeitdauer zur Verringerung der Antriebsspannung des piezoelektrischen Betätigungsglieds (110) erhöht, die aufgrund einer Erhöhung des Drucks in der Steuerungskammer (160) in einer Betriebszeitdauer des Setzens des Ventilelements (154) auf den Ventilsitz (105) erhöht wird.
Kraftstoffeinspritzgerät nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei die Lade- und Entladebedingungs-Änderungseinrichtung (202) die Entladeimpulszeitdauer unmittelbar vor dem Setzen des Ventilelements (154) auf den Ventilsitz (105) verringert.
Kraftstoffeinspritzgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Lade- und Entladebedingungs-Änderungseinrichtung (202) durch Impulsbreitenmodulation ein Tastverhältnis eines Ladeimpulses des elektrischen Stroms, der dem piezoelektrischen Betätigungsglied (110) zugeführt wird und als Ladebedingung dient, oder eines Entladeimpulses des elektrischen Stroms erhöht oder verringert, der aus dem piezoelektrischen Betätigungsglied (110) abgeführt wird und als Entladebedingung dient.
Kraftstoffeinspritzgerät nach Anspruch 9, wobei die Lade- und Entladebedingungs-Änderungseinrichtung (202) das Tastverhältnis des Ladestroms zur Erhöhung der Antriebsspannung des piezoelektrische Betätigungsglieds (110) erhöht, die aufgrund einer Verringerung in dem Druck in der Steuerungskammer (160) in einer Betriebszeitdauer des Anhebens des Ventilelements (154) von dem Ventilsitz (105) verringert wird.
Kraftstoffeinspritzgerät nach Anspruch 9, wobei die Lade- und Entladebedingungs-Änderungseinrichtung (202) das Tastverhältnis des Entladeimpulses zur Verringerung der Antriebsspannung des piezoelektrische Betätigungsglieds (110) erhöht, die aufgrund einer Erhöhung des Drucks in der Steuerungskammer (160) in einer Betriebszeitdauer des Setzens des Ventilelements (154) auf den Ventilsitz (105) erhöht wird.
Kraftstoffeinspritzgerät nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei die Lade- und Entladebedingungs-Änderungseinrichtung (202) das Tastverhältnis des Entladeimpulses unmittelbar vor Setzen des Ventilelements (154) auf den Ventilsitz (105) verringert.