DE102009000493A1 - Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung und Kraftstoffeinspritzsystem - Google Patents

Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung und Kraftstoffeinspritzsystem Download PDF

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Abstract

Ein Kraftstoffeinspritzsystem weist eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung und eine Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzvorrichtung auf. Die Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung berechnet eine Versetzung (Z) eines piezoelektrischen Elements, d.h. eines Piezoelements, oder eine Last (F) auf dem Piezoelement, wenn das Piezoelement sich in Aufladung oder Entladung befindet. Die Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung korrigiert oder moduliert ihre Steuercharakteristika bzw. -kennlinien basierend auf der geschätzten Versetzung (Z) oder Last (F). Die Vorrichtung schätzt eine imaginäre Spannung (Vo), von der erwartet wird, dass sie an dem Piezoelement beobachtet wird, wenn das Piezoelement keine Beanspruchung von einem Ventilmechanismus aufnimmt. Die Vorrichtung misst eine tatsächliche Spannung (Va) an dem Piezoelement. Dann berechnet die Vorrichtung die Versetzung (Z) oder die Last (F) besierend auf einer Differenz (ΔV) zwischen der imaginären Spannung (Vo) und der tatsächlichen Spannung (Va).

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung und ein Kraftstoffeinspritzsystem, die an eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung angepasst sind, welche ein piezoelektrisches Element als einen Aktor aufweist.
  • Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung weist einen Ventilmechanismus zum Öffnen und Schließen einer Kraftstoffeinspritzöffnung und ein piezoelektrisches Element zum Betätigen des Ventilmechanismus auf. Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung spritzt Kraftstoff ein, wenn sich der Ventilmechanismus im Ansprechen auf eine Verformung, nämlich ein Ausdehnen oder ein Schrumpfen, des piezoelektrischen Elements öffnet, die durch eine Änderung elektrischer Ladung verursacht wird. Falls es möglich ist, eine auf ein Ladungsniveau ansprechende Versetzung bzw. Auslenkung des piezoelektrischen Elements zu erfassen und diese auf eine Steuerung des piezoelektrischen Elements anzuwenden, kann es daher möglich sein, ein Verhalten der Kraftstoffeinspritzvorrichtung wie etwa eine Kraftstoffmenge genau auf eine Sollvorgabe abzustimmen. Nachstehend wird das piezoelektrische Element hierin als ein Piezoelement bezeichnet. Die Kraftstoffeinspitzvorrichtung wird als eine Einspritzvorrichtung bezeichnet. Die Versetzung bzw. Auslenkung des piezoelektrischen Elements wird als eine Versetzung Z bezeichnet.
  • In der Druckschrift JP 2002-21621 A wird angenommen, dass die Versetzung Z mit einer Menge elektrischer Ladung in Beziehung steht, die in dem Piezoelement geladen ist. Die Menge elektrischer Ladung, die in dem Piezoelement geladen ist, wird als eine Ladung Qpz bezeichnet. In der Druckschrift schätzt eine Vorrichtung die Versetzung Z basierend auf der Ladung Qpz, und vermeidet diese einen Sensor, der die Versetzung Z direkt erfasst. In der Druckschrift wird die Versetzung Z durch den folgenden Ausdruck (1) geschätzt: Qpz = C·V (1)wobei C eine elektrische Kapazität des Piezoelements ist und V eine Spannung an dem Piezoelement ist.
  • Der Erfinder ist jedoch zu dem Schluss gelangt, dass das in der Druckschrift beschriebene Verfahren infolge eines nachstehend beschriebenen Grunds keine genaue Schätzung durchführen kann.
  • Wenn man ein Piezoelement betrachtet, das tatsächlich in der Einspritzvorrichtung installiert ist, nimmt das Piezoelement eine Last von dem Ventilmechanismus auf, wenn sich das Piezoelement verformt, z. B. ausdehnt, um den Ventilmechanismus zu betätigen. Die Last auf dem Piezoelement kann als eine Beanspruchung bzw. ein Druck bzw. eine Spannung bezeichnet werden. Dann induziert das Piezoelement durch einen piezoelektrischen Effekt eine elektrische Ladung Qlast gemäß der auf das Piezoelement angewandten Last. Daher spiegelt der Ausdruck (1) nicht einen tatsächlichen Zustand des Piezoelements wider. Um eine genaue Schätzung durchzuführen, soll die Ladung Qlast in einem bei dem Schätzprozess zu verwendenden Ausdruck einbezogen sein, wie es in dem folgenden Ausdruck (2) gezeigt ist: Qpz = Qlast + C·V (2)
  • Die zweite Komponente CV in dem Ausdruck (2) stellt eine zugeführte Ladung Qin dar, die in dem Piezoelement geladen ist. Daher gilt C·V = Qin. Die erste Komponente Qlast in dem Ausdruck (2) steht im Verhältnis zu der Last F auf dem Piezoelement und wird ausgedrückt durch Qlast = COEF_B·F, wobei COEF_B ein piezoelektrischer Koeffizient ist.
  • Da die Last F im Verhältnis zu der Versetzung Z steht, ist es möglich, die Versetzung Z basierend auf der zu der Last F im Verhältnis stehenden Ladung Qlast genau zu schätzen. Es ist jedoch unmöglich, die Versetzung Z basierend auf der Ladung Qpz genau zu schätzen, da die Ladung Qpz nicht proportional zu der Ladung Qlast ist, wie es in dem Ausdruck (2) gezeigt ist.
  • Zusätzlich ist die Last F proportional zu der Versetzung Z. Daher ist es möglich, das Einspritzverhalten auf die Sollvorgabe abzustimmen, indem die Last F anstelle der Versetzung Z verwendet wird. Das in der Druckschrift beschriebene Verfahren kann jedoch wiederum keinen genauen Wert der Last F erreichen, da die Last F basierend auf der Ladung Qpz in dem Ausdruck (1) geschätzt wird.
  • In Anbetracht der vorgenannten Probleme ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung und ein Kraftstoffeinspritzsystem bereitzustellen, bei denen eine Versetzung von oder eine Last auf dem piezoelektrischen Element genau geschätzt wird.
  • In Anbetracht der vorgenannten Probleme ist es eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung und ein Kraftstoffeinspritzsystem bereitzustellen, bei denen eine Kraftstoffeinspritzung basierend auf einer genau geschätzten Versetzung von oder Last auf dem piezoelektrischen Element gesteuert wird.
  • Gemäß der Erfindung ist eine Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung für eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung angepasst, welche eine Einspritzvorrichtung (PI) mit einem Ventilmechanismus und einem piezoelektrischen Element (PE) umfasst. Das piezoelektrische Element öffnet und schließt den Ventilmechanismus im Ansprechen auf eine Aufladung und eine Entladung. Die Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung umfasst eine Einrichtung zum Schätzen einer imaginären Spannung (Vo), von der erwartet wird, dass sie an dem piezoelektrischen Element (PE) beobachtet wird, wenn das piezoelektrische Element (PE) keine Last von dem Ventilmechanismus aufnimmt, und eine Einrichtung zum Erfassen einer tatsächlichen Spannung (Va) an dem piezoelektrischen Element (PE). Die Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung umfasst ferner eine Einrichtung zum Berechnen eines Parameters, der eine Versetzung (Z) des piezoelektrischen Elements (PE) und/oder eine Last (F) auf dem piezoelektrischen Element (PE) umfasst, basierend auf einer Differenz (ΔV), die durch Subtraktion der imaginären Spannung (Vo) von der tatsächlichen Spannung (Va) erhalten wird.
  • Es ist möglich, den Parameter genau zu schätzen, da die Differenz (ΔV) stark mit der Ladung (F) korreliert.
  • Gemäß der Erfindung kann die Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung ferner eine Einrichtung zum Berechnen einer Kapazität (C, Cp, Cd) des piezoelektrischen Elements (PE) basierend auf einer an das piezoelektrische Element (PE) zugeführten Ladeenergie und einer an dem piezoelektrischen Element (PE) erfassten Spannung nach Zuführung der Ladeenergie umfassen. Die Imaginärspannung-Schätzeinrichtung kann die imaginäre Spannung basierend auf der von der Kapazitätsberechnungseinrichtung berechneten Kapazität (C, Cp, Cd) und einer Ladungsmenge (Qin) schätzen, die in das piezoelektrische Element (PE) geladen oder von diesem entladen wird.
  • Es ist möglich, die Kapazität genau zu berechnen.
  • Gemäß der Erfindung kann die Imaginärspannung-Schätzeinrichtung die imaginäre Spannung so schätzen, dass eine Beziehung zwischen der Ladung (Qin) und der imaginären Spannung (Vo) zu einer linearen Beziehung wird, wenn das piezoelektrische Element geladen wird.
  • Gemäß der Erfindung kann die Imaginärspannung-Schätzeinrichtung die imaginäre Spannung so schätzen, dass eine Beziehung zwischen der Ladung (Qin) und der imaginären Spannung (Vo) zu einer nichtlinearen Beziehung wird, wenn das piezoelektrische Element entladen wird.
  • Gemäß der Erfindung kann die Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung ferner eine Einrichtung zum Berechnen eines Lastkoeffizienten (Kb) basierend auf der von der Kapazitätsberechnungseinrichtung berechneten Kapazität (Cd) und einem piezoelektrischen Koeffizienten (COEF_B) des piezoelektrischen Elements (PE) umfassen. Die Parameterberechnungseinrichtung kann die Last (F) basierend auf der Differenz (ΔV) und dem Lastkoeffizienten (Kb) berechnen.
  • Es ist möglich, die Last (F) genau zu berechnen.
  • Gemäß der Erfindung kann die Parameterberechnungseinrichtung eine Einrichtung zum Schätzen einer Nulllast-Versetzung (Zo), von der erwartet wird, dass sie beobachtet wird, wenn das piezoelektrische Element (PE) keine Last aufnimmt, basierend auf einer Menge einer übertragenen Ladung, die in das piezoelektrische Element (PE) geladen oder von diesem entladen wird, und eine Einrichtung zum Berechnen einer Last-Versetzung (Zf), die aus einer auf das piezoelektrische Element (PE) angewandten Last resultiert, umfassen. Die Parameterberechnungseinrichtung kann die Versetzung (Z) durch Summieren der Nulllast-Versetzung (Zo) und der Last-Versetzung (Zf) berechnen.
  • Gemäß der Erfindung kann die Imaginärspannung-Schätzeinrichtung die imaginäre Spannung basierend auf einer Temperatur des piezoelektrischen Elements (PE) oder einer mit der Temperatur korrelierenden physikalischen Größe schätzen.
  • Gemäß der Erfindung kann die Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung ferner eine Einrichtung zum Steuern eines Ladebetriebs oder eines Entladebetriebs bezüglich des piezoelektrischen Elements (PE) basierend auf dem von der Parameterberechnungseinrichtung berechneten Parameter (Z oder F) umfassen.
  • Gemäß der Erfindung kann die Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung ferner eine Einrichtung zum Bestimmen einer Fehlfunktion der Einspritzvorrichtung (PI) basierend auf dem von der Parameterberechnungseinrichtung berechneten Parameter (Z oder F) umfassen.
  • Gemäß der Erfindung kann ein Kraftstoffeinspritzsystem die Kraftstoffeinspritzvorrichtung einschließlich der Einspritzvorrichtung (PI) und die Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung umfassen.
  • Zusätzliche Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen leichter ersichtlich, wenn diese zusammen mit den begleitenden Darstellungen betrachtet wird. Es gilt:
  • 1 ist ein Blockschaltbild, das ein Maschinensystem gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
  • 2 ist eine Schnittansicht der Einspritzvorrichtung (PI);
  • 3 ist ein Blockschaltbild, das eine Steuereinheit zeigt;
  • 4 ist ein Schaltbild, das eine Ansteuerschaltung zeigt;
  • 5 ist ein Zeitdiagramm, das einen Lade- und Entladeprozess zeigt;
  • 6 ist ein Ablaufdiagramm zur Durchführung eines Ladeprozesses;
  • 7 ist ein Blockschaltbild, das eine integrierte Steuerschaltung zeigt;
  • 8 ist ein Blockschaltbild, das eine integrierte Steuerschaltung zeigt;
  • 9 ist ein Graph, der eine Änderung der Kapazität Cp des piezoelektrischen Elements PE zeigt;
  • 10 ist ein Blockschaltbild, das eine integrierte Steuerschaltung zeigt;
  • 11 ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen der zugeführten Ladung Qin und der Spannung Vo an dem Piezoelement PE zeigt;
  • 12A ist ein Graph, der eine Änderung der tatsächlichen Spannung Va und der imaginären Spannung Vo an dem Piezoelement PE zeigt;
  • 12B ist ein Graph, der eine Änderung der Last F an dem Piezoelement PE zeigt;
  • 12C ist ein Graph, der eine Änderung der Versetzung Z zeigt;
  • 13 ist ein Graph, der Beziehungen zwischen der Last F, der Versetzung Z und der tatsächlichen Spannung Va zur Darstellung der Proportionalitätskoeffizienten A und B zeigt; und
  • 14 ist ein Zeitdiagramm, das ein Verhalten der Einspritzvorrichtung PI zeigt.
  • Nachstehend ist mit den Darstellungen zumindest eines von Ausführungsbeispielen der Erfindung beschrieben. Das Ausführungsbeispiel ist ein Kraftstoffeinspritzsystem mit einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung und einer Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzvorrichtung. Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung weist eine gemeinsame Kraftstoffleitung ("Common Rail") zur Beförderung von unter Druck gesetztem Kraftstoff an eine Vielzahl von Einspritzvorrichtungen auf und ist an eine Dieselmaschine angepasst. Die Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung berechnet eine Versetzung Z eines piezoelektrischen Elements (Piezoelements) PE und/oder eine Last F auf dem Piezoelement PE. Die Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung korrigiert oder moduliert ihre Steuercharakteristika bzw. -kennlinien basierend auf der geschätzten Versetzung Z oder Last F.
  • In der folgenden Beschreibung wird zunächst eine gemeinsame Komponente der Ausführungsbeispiele zum Berechnen von sowohl der Versetzung als auch der Last erläutert. Dann wird eine Auswahl von Komponenten zum Korrigieren und Modulieren von Kraftstoffeinspritzcharakteristika basierend auf der geschätzten Versetzung oder Last erläutert. In der Beschreibung und den Darstellungen für das nachfolgende Beispiel ist die Komponente oder die Einrichtung, für die eine ausführliche Beschreibung in dem vorhergehenden Beispiel zu finden ist, durch das gleiche Bezugszeichen bezeichnet.
  • 1 ist ein Blockschaltbild, das ein Maschinensystem gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt.
  • Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung umfasst einen Kraftstofftank 1 und Kraftstoffzuleitungskomponenten. Die Kraftstoffzuleitungskomponenten umfassen einen Kraftstofffilter 2 und eine Kraftstoffpumpe 3. Der Kraftstoff in dem Kraftstofftank 1 wird von der Kraftstoffpumpe 3 durch das Kraftstofffilter 2 gesaugt. Die Kraftstoffpumpe 3 setzt den Kraftstoff unter Druck und leitet den unter Druck gesetzten Kraftstoff an eine gemeinsame Kraftstoffleitung 5. Die Kraftstoffpumpe 3 umfasst ein Messventil 4 zum Messen und Anpassen einer an die gemeinsame Kraftstoffleitung 5 zugeleitete Kraftstoffmenge. Das Messventil 4 passt die Kraftstoffmenge gemäß einem Betriebssignal an. Die gemeinsame Kraftstoffleitung 5 sammelt bzw. staut den unter Druck gesetzten Kraftstoff an und liefert den unter Druck gesetzten Kraftstoff über eine Vielzahl von Lieferkanälen 6 an eine Vielzahl von Einspritzvorrichtungen PI. Die Einspritzvorrichtungen PI können als Piezoeinspritzvorrichtung bezeichnet werden. Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung kann zum Beispiel vier Einspritzvorrichtungen PI für eine Maschine mit vier Zylindern umfassen. Jede der Einspritzvorrichtungen PI hat einen mit dem Lieferkanal 6 verbundenen Zuleitungsanschluss und einen mit einem Ableitungskanal 7 verbundenen Ableitungsanschluss. Der Ableitungskanal 7 kann als Niederdruck-Kraftstoffkanal bezeichnet werden. Der Ableitungskanal 7 ermöglicht es, überschüssigen Kraftstoff an den Kraftstofftank 1 zurückzubringen.
  • 2 ist eine Schnittansicht der Einspritzvorrichtung PI.
  • Die Einspritzvorrichtung PI weist einen Körper bzw. ein Gehäuse 10 mit einer zylindrischen Form auf. Der Körper 10 weist an einem Ende einen Ventilabschnitt auf. Der Ventilabschnitt ist durch einen zylindrischen Abschnitt 10a und eine in dem Abschnitt 10a untergebrachte Nadel 11 bereitgestellt. Die Nadel 11 ist in einer axialen Richtung des Abschnitts 10a hin und her bewegbar. Die Nadel 11 kann als ein bewegliches Element oder ein Ventilkörper bezeichnet werden. Der Körper 10 weist einen ring- bzw. kranzförmigen Sitz 10b für ein Ventil und eine Vielzahl von Einspritzöffnungen 10i auf, die in einer gewünschten Richtung ausgerichtet sind. Die Nadel 11 weist ein Distalende auf, das mit dem Sitz 10b in Kontakt stehen kann, um das Ventil zu schließen, und von dem Sitz 10b getrennt sein kann, um das Ventil zu öffnen. Der Abschnitt 10a definiert ferner eine Kraftstoff(vorlauf)galerie bzw. einen Saugraum, wohin der unter Druck gesetzte Kraftstoff zugeführt wird. Als Folge hiervon wird der unter Druck gesetzte Kraftstoff von den Einspritzöffnungen 10i aus eingespritzt, wenn die Nadel 11 von dem Sitz 10b aus angehoben wird.
  • Der Körper 10 weist ferner hinter dem Ventilabschnitt einen Stell- bzw. Aktorabschnitt auf. Der Stellabschnitt weist einen hydraulischen Zylinder zum Betätigen der Nadel 11 auf. In dem Stellabschnitt definiert der Körper 10 eine Kammer 10c an dem anderen Ende der Nadel 11. Die Kammer 10c ist auf der anderen Seite des Sitzes 10b platziert und kann als eine Gegendruckkammer bezeichnet werden. Der Körper 10 definiert zwischen dem Abschnitt 10a und der Kammer 10c einen Trennzylinder. Die Nadel 11 ist an dem Trennzylinder beweglich gelagert. Die Kammer 10c steht über einem Spalt 10d mit dem Lieferkanal 6 in Verbindung. In der Kammer 10c ist eine Feder 12 zum Drücken der Nadel 11 in Richtung des Sitzes 10b angeordnet.
  • Der Stellabschnitt weist ferner ein Steuerventil zum Steuern eines Drucks in der Kammer 10c auf. Das Steuerventil umfasst ein Umschaltventil und das Piezoelement-Stellglied. Das Umschaltventil weist drei Anschlüsse auf und ist in zwei Positionen betätigbar. Das Umschaltventil bringt in der ersten Position die Kammer 10c mit dem Ableitungskanal 7 in Verbindung, und bringt in der zweiten Position die Kammer 10c mit dem Lieferkanal 6 in Verbindung. Das Umschaltventil kann als ein Gegendruck-Steuerventil bezeichnet werden. Das Umschaltventil weist ein Steuerventil 13 auf, das zwischen den zwei Positionen bewegbar ist. Der Körper 10 definiert eine Ventilkammer und zwei Ventilsitze 10e und 10g, die dem Steuerventil 13 zugewandt sind. Der Sitz 10e ist an einem Durchgang zwischen der Ventilkammer und dem Ableitungskanal 7 definiert. Der Sitz 10g ist an einem Durchgang zwischen der Ventilkammer und dem Lieferkanal 6 definiert. Die Ventilkammer steht über einen Spalt 10h mit der Kammer 10c in Verbindung. Der Sitz 10e kann als ein erster Sitz oder ein oberer Sitz bezeichnet werden. Der Sitz 10g kann als ein zweiter Sitz oder ein unterer Sitz bezeichnet werden.
  • Das Steuerventil 13 ermöglicht es, die Kammer 10c mit dem Ableitungskanal 7 in Verbindung zu bringen, wenn das Steuerventil 13 den Sitz 10e öffnet. Das Steuerventil 13 schließt eine Verbindung zwischen der Kammer 10c und dem Ableitungskanal 7, wenn das Steuerventil 13 den Sitz 10e schließt. Das Steuerventil 13 ermöglicht es, die Kammer 10c mit dem Lieferkanal 6 in Verbindung zu bringen, wenn das Steuerventil 13 den Sitz 10g öffnet. Das Steuerventil 13 schließt eine Verbindung zwischen der Kammer 10c und dem Lieferkanal 6, wenn das Steuerventil 13 den Sitz 10g schließt.
  • Das Steuerventil 13 ist über einen Stift 14 mit einem hydraulischen Wandler verbunden. Der Stift 14 ist mit dem Steuerventil 13 auf einer Seite verbunden, die dem Sitz 10e zugewandt ist. Der hydraulische Wandler hat einen Kolben 15 mit kleinem Durchmesser, der in einem durch den Körper 10 definierten Zylinder beweglich gelagert ist, und einen Kolben 16 mit großem Durchmesser, der in einem durch den Körper 10 definierten Zylinder beweglich gelagert ist. Zwischen dem Kolben 15 mit kleinem Durchmesser und dem Kolben 16 mit großem Durchmesser ist eine Hydraulikkammer 10f definiert, die mit einer Flüssigkeit wie etwa dem Kraftstoff gefüllt ist. Der hydraulische Wandler ist ein Teil des Stellabschnitts.
  • Der Stellabschnitt weist hinter dem Kolben 16 mit großem Durchmesser ferner das Piezoelement PE auf. Der Körper 10 definiert eine Kammer, wo das Piezoelement PE untergebracht ist. Das Piezoelement PE bewegt den Kolben 16 mit großem Durchmesser mit einer sehr kleinen Versetzung.
  • Das Piezoelement PE umfasst eine Vielzahl von piezoelektrischen Platten, die in einer säulenartigen Form gestapelt sind. Das Piezoelement PE fungiert durch den umgekehrten piezoelektrischen Effekt als ein primäres Stellglied. Das Piezoelement PE ist eine Kapazität. Bei diesem Ausführungsbeispiel besteht das Piezoelement PE aus einem piezoelektrischen Element wie etwa dem PZT, dem Blei-Zirkonat-Titanat. Das Piezoelement PE dehnt sich in einer axialen Richtung aus, wenn das Piezoelement PE elektrisch geladen wird. Das Piezoelement PE schrumpft in der axialen Richtung, wenn das Piezoelement PE elektrisch entladen wird.
  • Wenn das Piezoelement PE entladen ist und sich in einem geschrumpften bzw. zusammengezogenen Zustand befindet, sind der Kolben 16 mit großem Durchmesser und der Kolben 15 mit kleinem Durchmesser an einer oberen Position platziert. Daher schließt das Steuerventil 13 den Sitz 10e, und öffnet es den Sitz 10g, um den Kraftstoffdruck in die Kammer 10c einzuführen. Als Folge hiervon wird die Nadel 11 durch die Feder 12 in Richtung des Sitzes 10b gedrückt, und schließt sie die Kraftstoffeinspritzung.
  • Wenn das Piezoelement PE geladen ist und sich in einem ausgedehnten Zustand befindet, bewegt sich der Kolben 16 mit großem Durchmesser nach unten, und drückt er durch die Flüssigkeit in der Kammer 10f den Kolben 15 mit kleinem Durchmesser. Infolge einer Durchmesserdifferenz verstärkt der hydraulische Wandler 15 und 16 eine axiale Versetzung des Piezoelements PE, und betätigt er das Steuerventil 13, um den Sitz 10e zu öffnen. Ein Druck in der Kammer 10c wird verringert, wenn der Sitz 10e offen ist. Wenn der Druck in der Kammer 10c verringert wird, wird auch eine die Nadel 11 nach unten drückende Kraft F2 verringert. Dann bewegt sich die Nadel 11 nach oben, und öffnet sie den Sitz 10b, wenn eine Kraft F1, die die Nadel durch einen Druck des Kraftstoffs in dem Abschnitt 10a nach oben drückt, die Kraft F2, die die Nadel 11 durch die Feder 12 und den Druck des Kraftstoffs in der Kammer 10c nach unten drückt, um eine vorbestimmte Differenz überschreitet. Als Folge hievon wird der Kraftstoff in dem Abschnitt 10a von den Einspritzöffnungen 10i aus im Ansprechen auf das Entladen des Piezoelements PE eingespritzt.
  • Das Maschinensystem umfasst ferner ein Steuersystem. Das Steuersystem umfasst eine elektronische Steuereinheit (ECU) 20, Sensoren zum Erfassen von Betriebszuständen der Maschine und Stellglieder zum Variieren von Zuständen von Maschinenkomponenten. Die Sensoren umfassen einen Kraftstoffdrucksensor 5a, einen Kurbelwinkelsensor 20a und einen Gaspedalsensor 20b. Der Kraftstoffdrucksensor 5a erfasst einen Druck des Kraftstoffs in der gemeinsamen Kraftstoffleitung 5. Der Kurbelwinkelsensor 20a erfasst einen Drehwinkel der Maschine. Der Gaspedalsensor 20b erfasst einen Betätigungsgrad eines Gaspedals, das von einem Fahrer eines Fahrzeugs betätigt wird, um eine Ausgabe bzw. Leistung von der Maschine anzupassen.
  • Die ECU 20 nimmt Signale von den Sensoren auf und führt vorbestimmte Steuerprogramme aus, um vorbestimmte Steuerfunktionen durchzuführen, und steuert dann die Stellglieder, um Betriebszustände der Maschine auf einen Sollzustand abzustimmen. Bei dem Ausführungsbeispiel führt die ECU 20 eine Kraftstoffeinspritzsteuerung durch, bei der eine Kraftstoffmenge, eine Einspritzzeitsteuerung und/oder eine Einspritzrate gesteuert werden. Die ECU 20 betreibt zumindest die Einspritzvorrichtung PI.
  • 3 ist ein Blockschaltbild, das die ECU 20 zeigt.
  • Ein in der ECU 20 eingebetteter Mikrocomputer 21 berechnet eine Sollmenge einer Einspritzung, die ein gewünschtes Abtriebsdrehmoment der Maschine erfüllt, basierend auf einem Betätigungsmaß des Gaspedals und einer Drehgeschwindigkeit bzw. Drehzahl der Maschine. Die Drehgeschwindigkeit wird basierend auf einem Pulssignal von dem Kurbelwinkelsensor 20a erhalten. Das Betätigungsmaß wird durch den Gaspedalsensor 20b erfasst. Ferner berechnet der Mikrocomputer 21 basierend auf der Einspritzsollmenge und dem durch den Drucksensor 5a erfassten Kraftstoffdruck einen Einspritzmengenbefehl an die Einspritzvorrichtung PI. Der Einspritzmengenbefehl kann eine Periode einer Kraftstoffeinspritzung darstellen. Die Berechnung kann durch Verwendung eines Kennfelds durchgeführt werden. Dann erzeugt der Mikrocomputer 21 ein Befehlssignal IJT gemäß dem Einspritzmengenbefehl, und gibt er das Befehlssignal IJT an eine integrierte Steuerschaltung 22 aus.
  • Die integrierte Steuerschaltung (Steuer-IC) 22 steuert einen Energieversorgungszustand an die Einspritzvorrichtung PI, indem sie eine Ansteuerschaltung 23 basierend auf dem Befehlssignal IJT betreibt. Bei dem Ausführungsbeispiel ist der Energieversorgungszustand ein Lade- und Entladezustand des Piezoelements PE in der Einspritzvorrichtung PI. Der Steuer-IC 22 steuert eine Ausdehnung und ein Schrumpfen des Piezoelements PE, um die gewünschte Kraftstoffmenge in einer gewünschten Zeitsteuerung zuzuführen. Als Folge hiervon steuert der Steuer-IC 22 Einspritzeigenschaften wie etwa eine Kraftstoffmenge, eine Einspritzzeitsteuerung und eine Anzahl von Einspritzungen pro Zyklus.
  • Eine Verarbeitungseinheit 24 empfängt Signale von der Ansteuerschaltung 23 und verarbeitet die empfangenen Signale. Die Verarbeitungseinheit 24 gibt die verarbeiteten Signale an den Mikrocomputer 21 und den Steuer-IC 22 aus. Die Verarbeitungseinheit 24 kann einen digitalen Signalprozessor und/oder einen Analog-Digital-Wandler umfassen.
  • Die Einspritzvorrichtung PI weist ferner einen Eigenschaften- bzw. Merkmalskennsatz 10j auf. Jedes Produkt bzw. Stück der Einspritzvorrichtung PI weist Unterschiede in seinen Eigenschaften bzw. Merkmalen auf, wie etwa einer Einspritzcharakteristik und einer Kapazität. Ein solcher Unterschied kann eine Abweichung zwischen jedem Produkt der Einspritzvorrichtung PI während eines tatsächlichen Kraftstoffeinspritzbetriebs verursachen. Um einen solchen Unterschied zwischen den Produkten zu korrigieren, werden Eigenschaften von jedem Produkt in einem Herstellungsprozess gemessen und werden die gemessenen Eigenschaften bereitgestellt, um das Produkt an einen Standardzustand anzupassen. Der Eigenschaftenkennsatz 10j speichert und zeigt solche Informationen, um Eigenschaften von jedem Produkt bereitzustellen. Bei dem Ausführungsbeispiel zeigt der Eigenschaftenkennsatz 10j Informationen, die Anpassungsdaten zum Anpassen der Einspritzvorrichtung PI umfassen, um einen Standardbetrieb durchzuführen. Der Eigenschaftenkennsatz 10j ist direkt auf den Körper 10 gedruckt und codiert die vorstehend beschriebenen Informationen.
  • Der Eigenschaftenkennsatz 10j kann als ein Identifikationselement oder ein Speicherelement bezeichnet werden, das Informationen speichert, die dazu geeignet sind, eine Eigenschaft der Einspritzvorrichtung direkt oder indirekt anzugeben. Der Eigenschaftenkennsatz 10j kann einen zweidimensionalen Strich bzw. Barcode wie etwa den QR-Code enthalten. Wahlweise kann der Eigenschaftenkennsatz 10j ein IC-Speicher oder ein Korrekturwiderstand sein.
  • Die auf dem Eigenschaftenkennsatz 10j codierten Informationen werden in einem Herstellungsprozess oder einer Wartungseinrichtung durch einen Datenleser 30 abgetastet. Dann werden die Informationen in dem nichtflüchtigen Speicher wie etwa dem EEPROM 25 durch ein externes Werkzeug 31 gespeichert. Als Folge hiervon kann die ECU 20 Eigenschaften von jeder Einspritzvorrichtung PI zur Verfügung haben und Einspritzcharakteristika an einen Standard anpassen. Zum Beispiel korrigiert der Mikrocomputer 21 den Einspritzmengenbefehl basierend auf den in dem EEPROM 25 gespeicherten Eigenschafteninformationen.
  • 4 ist ein Schaltbild, das die Ansteuerschaltung 23 zeigt.
  • Obwohl nur eine Einspritzvorrichtung PI veranschaulicht ist, sind die Einspritzvorrichtungen PI für jeden Zylinder über einen Auswahlschalter parallel angeschlossen. Der Auswahlschalter wählt eine der Einspritzvorrichtungen PI aus, um zum Einspritzen von Kraftstoff aktiviert zu werden. Der Auswahlschalter ist in den Darstelllungen nicht gezeigt.
  • Die Ansteuerschaltung 23 umfasst einen Gleichspannungswandler zum Erzeugen einer hohen Spannung, z. B. 200 bis 300 Volt, die zum Aufladen des Piezoelements PE ausreichend ist, aus einer niedrigen Spannung, z. B. 12 Volt, von einer Batterie Ba. Der Gleichspannungswandler umfasst eine Spule L1, einen Schalter SW3, eine Diode D3 und einen Kondensator C1. Der Steuer-IC 22 schaltet den Schalter SW3 abwechselnd ein und aus, um die hohe Spannung an der Spule L1 zu erzeugen. Der Kondensator C1 wird durch die hohe Spannung aufgeladen. Der Kondensator C1 sammelt die elektrische Ladung an, die an das Piezoelement PE zuzuführen ist. Der Kondensator C1 weist eine ausreichend große Kapazität auf, wobei dessen Spannung für einen Ladebetrieb des Piezoelements PE nahezu konstant gehalten wird. Die Kapazität des Kondensators C1 kann in einem Bereich zwischen 30 μF (Mikrofarad) und mehreren hundert μF liegen.
  • Ein Nebenschlusswiderstand R1 ist auf der Masseseite des Kondensators C1 verbunden. Um einen Ladestrom und einen Entladestrom durch den Kondensator C1 zu erfassen, erfasst der Steuer-IC 22 einen Spannungsabfall an dem Nebenschlusswiderstand R1.
  • 5 ist ein Zeitdiagramm, das einen Lade- und Entladeprozess zeigt. Gemäß 5 zeigt ein Signalverlauf (a) das Befehlssignal IJT, zeigt ein Signalverlauf (b) eine durch den Nebenschlusswiderstand R1 fließende Ladungsmenge, zeigt ein Signalverlauf (c) Zustände eines Schalters SW1, zeigt ein Signalverlauf (d) Zustände eines Schalters SW2, zeigt ein Signalverlauf (e) einen Wert eines durch das Piezoelement PE fließenden Stroms, und zeigt ein Signalverlauf (f) einen Wert einer Spannung an dem Piezoelement PE. Der Ladeprozess und der Entladeprozess, die von der Schaltung durchgeführt werden, sind nachstehend erläutert. Eine Versetzung des Piezoelements PE wird durch Anpassung einer Menge einer Aufladung an das und einer Entladung von dem Piezoelement PE gesteuert.
  • Ladeprozess
  • Der Steuer-IC 22 leitet eine Ladechoppersteuerung ein, indem ein Schalter SW1 im Ansprechen auf das Befehlssignal IJT von dem Mirkocomputer 21 abwechselnd ein- und ausgeschaltet wird. Zum Beispiel wird, wenn der Schalter SW1 im Ansprechen auf eine ansteigende Flanke des Trigger- bzw. Auslösesignals TRGG eingeschaltet wird, ein geschlossener Stromkreis durch einen Kondensator C1, den Schalter SW1, eine Spule L2 und das Piezoelement PE gebildet. Als Folge hiervon wird die Ladung in dem Kondensator C1 an das Piezoelement PE übertragen, und lädt sie dieses auf. Bei diesem Ladeprozess wird der durch das Piezoelement PE fließende Strom allmählich erhöht. Der durch das Piezoelement PE fließende Strom kann als ein Piezostrom bezeichnet werden. Der Betrieb zum allmählichen Erhöhen des Stroms wird als ein Hochfahrbetrieb bezeichnet.
  • Ein aufsummierter Wert von Strom, der durch den Nebenschlusswiderstand R1 fließt, d. h. eine Ladung Qin, die von dem Kondensator C1 an das Piezoelement PE übertragen wird, erhöht sich auf eine vorbestimmte Schwellenladung Qth. Dann wird der Schalter SW1 ausgeschaltet, wenn die Ladung Qin die Schwellenladung Qth überschreitet. Daher folgt ein tatsächliches Verhalten der Ladung Qin nicht einer gemäß 5(b) veranschaulichten gestrichelten Linie, sondern wird zu einem Verhalten, das unter der Schwellenladung Qth begrenzt ist.
  • Indem der Schalter SW1 basierend auf der Schwellenladung Qth ausgeschaltet wird, wird ein geschlossener Stromkreis durch eine Spule L2, das Piezoelement PE und eine Diode D2 gebildet. Als Folge hiervon wird Trägheitsenergie in der Spule L2 in das Piezoelement PE geladen. Bei diesem Ladeprozess wird der durch das Piezoelement PE fließende Strom allmählich verringert. Der Betrieb zum allmählichen Verringern des Stroms wird als ein Herunterfahrbetrieb bezeichnet.
  • Dann schaltet die Schaltung den Schalter SW1 im Ansprechen auf eine erneute ansteigende Flanke des Trigger- bzw. Auslösesignals TRGG erneut ein, und wiederholt sie einen ähnlichen Prozess.
  • Durch den vorstehend beschriebenen Hack- bzw. Taktbetrieb wird das Piezoelement PE geladen und wird dessen Spannung erhöht. Die Spannung auf der oberen Seite des Piezoelements PE kann als eine Piezospannung bezeichnet werden. Bei diesem Betrieb wird der Schalter SW1 abwechselnd ein- und ausgeschaltet, wie es gemäß 5(c) gezeigt ist. Dann wird der Piezostrom abwechselnd erhöht und verringert, wie es gemäß 5(e) gezeigt ist. Als Folge hiervon wird die Piezospannung Schritt für Schritt erhöht, wie es gemäß 5(f) gezeigt ist.
  • Entladeprozess
  • Der Steuer-IC 22 leitet eine Entladechoppersteuerung ein, indem ein Schalter SW2 im Ansprechen auf eine Umkehränderung des Befehlssignals IJT von dem Mikrocomputer 21 abwechselnd ein- und ausgeschaltet wird. Zum Beispiel wird, wenn der Schalter SW2 im Ansprechen auf eine fallende Flanke des Befehlssignals IJT eingeschaltet wird, ein geschlossener Stromkreis durch das Piezoelement PE, die Spule L2 und den Schalter SW2 gebildet. Als Folge hiervon wird das Piezoelement PE entladen. Bei diesem Entladeprozess wird der durch das Piezoelement PE fließende Strom allmählich verringert. Der Betrieb zum allmählichen Verringern des Stroms wird als ein Herunterfahrbetrieb bezeichnet. Dann wird der Schalter SW2 ausgeschaltet, wenn der Strom unter einen ersten Schwellenstrom Ith1 gefallen ist.
  • Indem der Schalter SW2 basierend auf dem ersten Schwellenstrom Ith1 ausgeschaltet wird, wird ein geschlossener Stromkreis durch das Piezoelement PE, die Spule L2, eine Diode D1 und den Kondensator C1 gebildet. Als Folge hiervon wird eine Trägheitsenergie in der Spule L2 an dem Kondensator C1 wiederhergestellt. Bei diesem Entladeprozess wird der durch das Piezoelement PE fließende Strom allmählich erhöht. Der Betrieb zum allmählichen Erhöhen des Stroms wird als ein Hochfahrbetrieb bezeichnet.
  • Dann schaltet die Schaltung den Schalter SW2 erneut ein, wenn der Strom ein Niveau erreicht, das höher ist als ein zweiter Schwellenstrom Ith2, und wiederholt sie einen ähnlichen Prozess.
  • Durch den vorstehend beschriebenen Hack- bzw. Taktbetrieb wird das Piezoelement PE entladen und wird dessen Spannung verringert. Bei diesem Betrieb wird der Schalter SW2 abwechselnd ein- und ausgeschaltet, wie es gemäß 5(d) gezeigt ist. Dann wird der Piezostrom abwechselnd erhöht und verringert, wie es gemäß 5(e) gezeigt ist. Als Folge hiervon wird die Piezospannung Schritt für Schritt verringert, wie es gemäß 5(f) gezeigt ist. Der Entladeprozess ist beendet, wenn eine an beiden Anschlussenden der Spule L2 auftretende Spannung 0 (null) erreicht.
  • Eine Diode D4 klemmt bzw. blockiert die Spannung an dem Piezoelement PE, um das Piezoelement PE vor der negativen Spannung zu schützen.
  • Verarbeitungsabläufe des Ladeprozesses und des Entladeprozesses, die von der Steuer-IC 22 durchgeführt werden, sind unter Bezugnahme auf 5, 6 und 7 erläutert.
  • 6 ist ein Ablaufdiagramm zur Durchführung eines Ladeprozesses. 7 ist ein Blockschaltbild, das einen Teil des Steuer-IC 22 zur Berechnung der Schwellenladung Qth und des Trigger- bzw. Auslösesignals TRGG zeigt.
  • Ladesteuerung
  • In einem Schritt S1 wird das Befehlssignal IJT überwacht und wird bestimmt, ob die ansteigende Flanke des Befehlssignals IJT erfasst wird oder nicht. Die ansteigende Flanke ist in 5(a) bei der Zeit t1 veranschaulicht. Falls die ansteigende Flanke erfasst wird, wird in einem Schritt S2 der Schalter SW2 ausgeschaltet. Gleichzeitig wird in einem Schritt S3 das Trigger- bzw. Auslösesignal TRGG basierend auf in einem Block B9 gespeicherten vorbestimmten Daten erzeugt.
  • Das Triggersignal TRGG definiert eine Ein-Zeitsteuerung zum Einschalten des Schalters SW1. Der Schalter SW1 wird an einer ansteigenden Flanke des Triggersignals TRGG eingeschaltet. Die in dem Block B9 gespeicherten Daten legen Ein-Zeitsteuerungen zum Einschalten des Schalters SW1 für einen Ladezyklus zeitlich fest. Der eine Ladezyklus entspricht einer Periode zwischen der Zeit t1 und der Zeit t5 gemäß 5. Die Daten in dem Block B9 legen die Ein-Zeitsteuerungen mit einem gleichmäßigen Intervall zeitlich fest. Wahlweise können die Ein-Zeitsteuerungen mit ungleichmäßigen Intervallen zeitlich festgelegt werden. Vorzugsweise wird der Schalter SW1 zu zumindest drei Zeiten für einen Ladezyklus eingeschaltet. Die Daten in dem Block B9 werden von dem Mikrocomputer 21 bei einer Initialisierung an den Steuer-IC 22 übertragen. Das Triggersignal TRGG wird synchron mit einem Taktsignal des Mikrocomputers 21 erzeugt. Das Taktsignal wird gemäß 7 als Zeit bezeichnet.
  • In einem Schritt S4 wird das Triggersignal TRGG überwacht und wird bestimmt, ob eine ansteigende Flanke des Triggersignals TRGG erfasst wird oder nicht. Falls die ansteigende Flanke des Triggersignals TRGG erfasst wird, wird in einem Schritt S5 der Schalter SW1 eingeschaltet, wie es gemäß 5(c) gezeigt ist.
  • In einem Schritt S6 wird von Blöcken B1 bis B12 gemäß 7 die Schwellenladung Qth berechnet. In einem Schritt S7 wird bestimmt, ob die durch Aufsummieren eines Werts eines durch den Nebenschlusswiderstand R1 fließenden Stroms erreichte Ladung Qin die Schwellenladung Qth überschreitet oder nicht. Falls die Ladung Qin die Schwellenladung Qth überschreitet, wird in einem Schritt S8 der Schalter SW1 ausgeschaltet.
  • In einem Schritt S9 wird bestimmt, ob eine vorbestimmte Zeit seit der ansteigenden Flanke des Befehlssignals IJT verstrichen ist oder nicht. Die vorbestimmte Zeit entspricht einer Periode zwischen der Zeit t1 und der Zeit t5 gemäß 5. Daher wird die Routine zwischen dem Schritt S3 und dem Schritt S9 wiederholt durchgeführt, um den Schalter SW1 abwechselnd ein- und auszuschalten, bis die gemäß 6 gezeigte Routine zu der Zeit t5 beendet wird. Zu der Zeit t5 ist ein Ladezyklus abgeschlossen. In einem anderen Fall kann jedoch, falls das Triggersignal TRGG in dem Block B9 beendet ist, der Ladezyklus zu der Zeit t4 abgeschlossen sein. Die Ladung Qin kann durch einen Sammler bzw. Speicher zum Aufsummieren eines Werts eines durch den Nebenschlusswiderstand R1 fließenden Stroms erhalten werden. Die Ladung Qin soll durch Rücksetzen des Sammlers bzw. Speichers im Ansprechen auf die ansteigende Flanke des Triggersignals TRGG zu der Zeit t1 oder im Ansprechen auf ein Verstreichen der vorbestimmten Zeit zu der Zeit t5 initialisiert werden.
  • Entladesteuerung
  • Die Entladesteuerung wird von der Zeit t6 an eingeleitet, wenn das Befehlssignal IJT ausgeschaltet wird. Die Entladesteuerung wird zu der Zeit t8 beendet, wenn eine vorbestimmte Zeit seit der Einleitung der Entladesteuerung verstrichen ist. Im Einzelnen schaltet die Vorrichtung den Schalter SW2 im Ansprechen auf eine Erfassung der fallenden Flanke des Befehlssignals IJT zu der Zeit t6 ein, wie es gemäß 5(d) gezeigt ist. Die Vorrichtung hält den Schalter SW2 eingeschaltet, bis der Piezostrom unter den ersten Schwellenstrom Ith1 gefallen ist, und schaltet den Schalter SW2 dann aus, wenn der Piezostrom ein Niveau erreicht, das unter dem ersten Schwellenstrom Ith1 ist.
  • Dann wird der Piezostrom infolge des Ausschaltens des Schalters SW2 erhöht. Die Vorrichtung schaltet den Schalter SW2 erneut ein, wenn der Piezostrom ein Niveau erreicht, das höher ist als der zweite Schwellenstrom Ith2. Die Piezospannung wird allmählich verringert, wie es gemäß 5(f) gezeigt ist, indem ein abwechselndes Ein- und Ausschalten des Schalters SW2 wiederholt wird. Falls die Piezospannung auf ein bestimmtes Niveau verringert ist, kann der Piezostrom nicht unter den ersten Schwellenstrom Ith1 verringert werden, da eine Spannungsdifferenz an beiden Enden der Spule L1 gering wird. Um einen Schaltbetrieb des Schalters SW2 in einem solchen niedrigen Spannungsbereich zu ermöglichen, schaltet die Vorrichtung den Schalter SW2 zwangsweise aus, wenn eine Einschaltperiode des Schalters SW2 eine vorbestimmte Zeit überschreitet.
  • Das Piezoelement PE kann eine Restladung halten, wenn der Schaltbetrieb zu der Zeit t8 beendet wird. Um die Restladung vollständig zu entladen, hält die Vorrichtung den Schalter SW2 nach der Zeit t8 eingeschaltet. Aus diesem Grund schaltet die Vorrichtung den Schalter SW2 zunächst zu Beginn des Ladebetriebs im Ansprechen auf die ansteigende Flanke des Befehlssignals IJT aus, wie es in dem Schritt S2 gemäß 6 beschrieben ist.
  • Berechnen von Schwellenladung Qth
  • Wie vorstehend erörtert kann die Ladung Qpz in dem Piezoelement durch den folgenden Ausdruck (1) ausgedrückt werden: Qpz = C·V (1)wobei C eine elektrische Kapazität des Piezoelements ist und V eine Spannung an dem Piezoelement ist.
  • Um eine präzise Schätzung zu ermöglichen, soll jedoch die Ladung Qpz durch den folgenden Ausdruck (2) ausgedrückt werden: Qpz = Qlast + C·V (2)wobei die Ladung Qlast die Ladung darstellt, die in dem Piezoelement PE gemäß der Last F auf dem Piezoelement PE induziert wird.
  • Falls es möglich ist anzunehmen, dass alle Ladungen in dem Ausdruck (2) in Kondensatoren mit der gleichen Kapazität geladen sind, kann der Ausdruck (2) in den folgenden Ausdruck (3) umgewandelt werden: Vpz = Vlast + Vin (3)wobei Vpz eine Spannung an dem Piezoelement (Piezospannung) ist, Vin eine Spannung ist, die durch Laden und Entladen in einem Nulllastzustand erreicht werden kann, Vlast eine durch die Kraft F induzierte Spannung ist. Die Spannung Vpz wird auch als eine tatsächliche bzw. Istspannung Va bezeichnet. Die Spannung Vin wird auch als eine imaginäre bzw. Imaginärspannung Vo bezeichnet. Die Spannung Vlast wird auch als eine Differenz ΔV (Delta-V) zwischen der tatsächlichen bzw. Istspannung Va und der imaginären bzw. Imaginärspannung Vo bezeichnet. Die Spannung ΔV (Vlast) ist proportional zu der Last F und der Versetzung Z, da die Ladung Qlast proportional zu der Last F und der Versetzung Z ist.
  • Mit anderen Worten enthält die tatsächliche Spannung Va weiterhin die Spannung Vo, die nicht durch die Last F beeinflusst wird, weshalb die tatsächliche Spannung Va eine relativ geringe Korrelation mit der Last F zeigt. Die Spannung ΔV enthält jedoch nicht die mit der Last F in Bezug stehende Komponente. Daher ist es möglich, die Versetzung Z und/oder die Last F des Piezoelements PE basierend auf der Spannung ΔV genau zu schätzen.
  • Die imaginäre Spannung Vo kann durch Verwendung eines Ausdrucks Qin = C·Vo basierend auf einem Messwert der Ladung Qin, die in das Piezoelement PE geladen oder von diesem entladen wird, und der Kapazität C des Piezoelements PE berechnet werden. Die Kapazität C kann durch Verwendung des folgenden Ausdrucks (4) genau berechnet werden: E = 1/2 × C × V2 (4)wobei E eine an das Piezoelement PE zugeführte Energie ist.
  • Eine von dem Kondensator C1 entladene Energie wird dem Energieerhaltungsgesetz folgend an das Piezoelement PE übertragen und in diesem geladen. Daher kann in einem Ladebetrieb eine Ladeenergie E für das Piezoelement PE basierend auf dem folgenden Ausdruck (5) berechnet werden: E = ∫(VC1 × IC1)dt (5)wobei IC1 ein Strom ist, der von dem Kondensator C1 an das Piezoelement PE fließt, und VC1 eine Spannung an dem Kondensator C1 ist.
  • Bei dem Ausführungsbeispiel ist die Spannung VC1 nahezu konstant ist, da die Kapazität des Kondensators C1 ausreichend ist, um die Spannung für einen Ladezyklus des Piezoelements PE konstant zu halten. Daher kann der Ausdruck (5) in den folgenden Ausdruck (6) umgewandelt werden: E = VC1 × ∫IC1·dt (6)
  • In dem Ausdruck (6) stellt dt eine Einschaltperiode des Schalters SW1 dar. Daher kann die letzte Komponente ∫IC1·dt durch die Ladung Qin ersetzt werden, die von dem Kondensator C1 an das Piezoelement PE zugeführt wird. Der Ausdruck (6) kann in den folgenden Ausdruck (7) umgewandelt werden: E = VC1 × Qin (7)
  • Es wird angenommen, dass die Ladeenergie E basierend auf der Ladung Qin direkt erhalten werden kann, da die Spannung VC1 nahezu konstant ist. Daher meint ein Steuern der Ladung Qin gemäß der Schwellenladung Qth ein Steuern der Ladeenergie an das Piezoelement PE. Daher ist es möglich, die Ladeenergie E durch Messen des Stroms IC1 an dem Nebenschlusswiderstand R1 ohne irgendeine direkte Messeinrichtung der Ladeenergie zu erfassen.
  • Basierend auf der vorstehenden Erörterung wird die Schwellenladung Qth durch die folgenden Komponenten berechnet. In dem Ladebetrieb gemäß 6 wird der abwechselnde Ein- und Ausschaltbetrieb des Schalters SW1 in Art und Weise einer offenen Steuerung durchgeführt, so dass die Ladeenergie E, die an das Piezoelement PE während des einen Ladezyklus zwischen der Zeit t1 und der Zeit t5 zugeführt wird, zu einer Sollenergie Etrg wird. Die Sollenergie Etrg wird hauptsächlich abhängig von dem Kraftstoffdruck PC in der gemeinsamen Kraftstoffleitung 5 berechnet. Zusätzlich wird die Sollenergie Etrg basierend auf den Eigenschafteninformationen von jeder Einspritzvorrichtung PI und den gemeinsamen Eigenschaften wie etwa einer Temperaturcharakteristik korrigiert. Die Schwellenladung Qth wird berechnet, um eine Ladungsmenge für einen Zyklus auf die Sollenergie Etrg abzustimmen.
  • Der Berechnungsprozess und die -komponenten werden unter Bezugnahme auf 7 ausführlich erläutert. In einem Block B1 wird eine Basisenergie Ebas durch Verwendung eines Kennfelds basierend auf dem Kraftstoffdruck PC und den Eigenschafteninformationen berechnet, die basierend auf dem Eigenschaftenkennsatz 10j erhalten werden. Die Einspritzvorrichtung PI beginnt eine Öffnungsbewegung, wenn eine Ausdehnungskraft des Piezoelements PE eine Kraft überschreitet, die das Steuerventil 13 von dem unter Druck stehenden Kraftstoff aufnimmt. Daher wird die Ausdehnungskraft zum Beginnen der Öffnungsbewegung größer, wenn der Kraftstoffdruck PC steigt. Aus diesem Grund ist die Einstellkennlinie in dem Block B1 so ausgebildet, wie es gemäß 7 gezeigt ist. Gemäß der Kennlinie wird die Basisenergie Ebas erhöht, wenn sich der Kraftstoffdruck PC in einem bestimmten Bereich befindet. Zusätzlich wird die Kennlinie abhängig von den Eigenschafteninformationen leicht variiert, um den Unterschied zwischen den Produkten von Einspritzvorrichtungen PI zu kompensieren. Die Steigung der Kennlinie wird abhängig von den Eigenschafteninformationen variiert.
  • Es ist bevorzugt, dass die Eigenschafteninformationen, die an den Blöcken wie etwa dem Block B1 und einem Block B5 verwendet werden, in einem Herstellungsprozess gemessen werden, bevor die Vorrichtung in den Markt ausgeliefert wird, und in dem Eigenschaftenkennsatz 10j gespeichert werden. Wahlweise können die Eigenschafteninformationen basierend auf einer Vielzahl von erfassten Werten von Betriebszuständen der Maschine geschätzt werden.
  • Eine Temperatur TP' des Piezoelements PE kann ein Ausdehnungsmaß des Piezoelements PE beeinflussen und variieren. In einem Block B6 wird ein Korrekturmaß ΔE durch Verwendung eines Kennfelds basierend auf der Temperatur TP' berechnet. Dann wird in einem Block B2 das Korrekturmaß ΔE zu der Basisenergie Ebas addiert, um die Sollenergie Etrg zu erhalten.
  • Die Temperatur TP' wird in einem Block B4 und B5 durch Verwendung eines Kennfelds basierend auf einer Kapazität Cp des Piezoelements PE und den Eigenschafteninformationen der Einspritzvorrichtungen PI geschätzt. Da die Kapazität Cp eine Temperaturabhängigkeit aufweist, ist es zum Beispiel möglich, die Temperatur TP des Piezoelements PE basierend auf der Kapazität Cp in einem Block B4 zu schätzen. Die in dem Block B4 verwendete Kapazität Cp kann durch jede beliebige Maßnahme erhalten werden. Es ist zum Beispiel möglich, eine Kapazität Cd gemäß 8 als die Kapazität Cp bei dem Berechnungsprozess zu verwenden. Die Temperatur TP wird durch Anwendung der Eigenschafteninformationen in dem Block B5 korrigiert. Das Korrekturmaß ΔE wird größer, wenn die Temperatur TP' außerhalb einer Standardtemperatur liegt, wie es in dem Block B6 gezeigt ist.
  • In den Blöcken B3, B7 und B8 wird die Sollenergie Etrg in die Schwellenladung Qth umgewandelt, die in dem Schritt S6 verwendet wird. Zunächst wird in dem Block B7 eine Basisladung Qbas bestimmt. Die Basisladung Qbas wird erhöht, wenn ein Ladebetrieb voranschreitet. Bei dem Ausführungsbeispiel wird die Basisladung Qbas von dem Beginn des Ladebetriebs an für eine bestimmte Periode auf einem niedrigen Niveau gehalten. Die Basisladung Qbas wird schrittweise verringert und erhöht, um den gemäß 5(b) veranschaulichten Signalverlauf der Schwellenladung Qth zu erzeugen. In dem Block B3 wird die Sollenergie Etrg durch Verwendung einer in dem Block B3 gezeigten proportionalen Umwandlungskennlinie in einen Gewinn bzw. eine Verstärkung Kgewinn umgewandelt. Dann wird der Gewinn Kgewinn in dem Block B8 auf die Basisladung Qbas angewandt, um die Schwellenladung Qth zu erhalten.
  • Ferner wird auf die Basisenergie Ebas eine Rückkopplungssteuerung bzw. Regelung angewandt. Bei der Rückkopplungssteuerung bzw. Regelung wird die Basisenergie Ebas gemäß einer Differenz zwischen einer Öffnungszeit des Sitzes 10e und einer Sollzeit korrigiert. Die Vorrichtung weist Komponenten zum Erfassen der Öffnungszeit des Sitzes 10e auf.
  • Die Rückkopplungssteuerung bzw. Regelung wird durch Blöcke B10, B11 und B12 durchgeführt. Der Steuer-IC stellt eine Einrichtung zum Schätzen einer imaginären Spannung, eine Einrichtung zum Messen einer tatsächlichen Spannung und eine Einrichtung zum Berechnen von zumindest einem Parameter wie etwa der Versetzung Z oder Last F bereit. In dem Block B10 wird eine Differenz zwischen der Öffnungszeit toffen und der Sollzeit Ttrg berechnet. In dem Block B11 wird durch Verwendung eines in dem Block B11 veranschaulichten Kennfelds basierend auf der Differenz ein Rückkopplungsbetrag ΔE2 berechnet. Gemäß der Kennlinie des Kennfelds in dem Block B11 wird der Rückkopplungsbetrag ΔE2 größer, um die Sollenergie Etrg zu erhöhen, wenn eine Verzögerung der Öffnungszeit toffen gegenüber der Sollzeit länger wird. Die Kennlinie in dem Block B11 stellt auch den Rückkopplungsbetrag ΔE2 auf null (0) ein, wenn sich die Differenz in einem bestimmten Bereich nahe null (0) befindet. Die Kennlinie in dem Block B11 stellt eine obere Grenze und eine untere Grenze für den Rückkopplungsbetrag ΔE2 ein, wie es in dem Block B11 gezeigt ist. Dann wird der Rückkopplungsbetrag ΔE2 in dem Block B12 aufsummiert.
  • In dem Block B2 wird ein endgültiger Wert der Sollenergie Etrg berechnet, indem der Basisbetrag Ebas, der Korrekturbetrag ΔE und der aufsummierte Wert des Rückkopplungsbetrags ΔE2 summiert werden.
  • Es ist möglich, einen Kraftstoffeinspritzzustand von den Öffnungen 10i genau zu überwachen, indem eine Bewegung oder ein Verhalten des Steuerventils 13 erfasst wird. Um den Kraftstoffeinspritzzustand zu überwachen, steuert bei dem Ausführungsbeispiel der Steuer-IC 22 eine Ansteuerschaltung 23 durch eine Rückkopplungssteuerung bzw. Regelung, die ein erfasstes Verhalten an ein Sollverhalten anpasst. Zwischen dem Verhalten des Steuerventils 13 und der auf das Piezoelement PE wirkenden Last F, sowie zwischen dem Verhalten des Steuerventils 13 und der Versetzung Z des Piezoelements PE kann eine wechselseitige Beziehung erkannt werden, da das Steuerventil 13 das Piezoelement PE über mechanische Komponenten wie etwa den Kolben 15 mit kleinem Durchmesser und den Kolben 16 mit großem Durchmesser beeinflusst. Die Verarbeitungseinheit 24 und/oder der Mikrocomputer 21 berechnen die Last F und die Versetzung Z basierend auf der vorstehend beschriebenen wechselseitigen Beziehung.
  • 8 ist ein Blockschaltbild, das einen Teil des Steuer-IC zum Berechnen der Ladung Qin und der Kapazität C zeigt.
  • In einem Block B20 wird die Ladung Qin durch Integrieren des Stroms I berechnet, der an dem Nebenschlusswiderstand R1 erfasst wird. Die Ladung Qin ist eine Ladung, die in den oder aus dem Kondensator C1 fließt, d. h. eine an das Piezoelement PE zugeführte Ladung.
  • In einem Block B30 wird eine momentane Kapazität Cp des Piezoelements PE basierend auf der Sollenergie Etrg und der tatsächlichen Spannung Va berechnet, die tatsächlich an dem Piezoelement PE erfasst wird. Bei diesem Berechnungsprozess kann die momentane Kapazität Cp durch Verwendung einer umgewandelten Form des Ausdrucks (4) berechnet werden. Wahlweise kann die momentane Kapazität Cp durch Verwendung eines Kennfelds berechnet werden.
  • 9 ist ein Graph, der eine Änderung der Kapazität Cp des Piezoelements PE seit dem Beginn einer Stromversorgung an das Piezoelement PE zeigt. Gemäß dem Graph zeigt die Kapazität Cp zu Beginn einer Stromversorgung ein instabiles Verhalten. Das instabile Verhalten setzt sich für eine vorbestimmte Periode fort, bis eine Aufladung des Piezoelements PE abgeschlossen ist. Dann wird die Kapazität Cp relativ stabil, nachdem die Aufladung abgeschlossen ist, aber oszilliert sie weiterhin. In einem Block B32 wird eine Kapazität Cd berechnet, indem die Kapazität Cp gefiltert wird, die in einer gemäß 9 gezeigten Periode T10 beobachtet wird. Der Filterprozess kann eine Mittelwertbildung oder ein Halten eines Spitzenwerts sein. Daher erhält der Block B32 die Kapazität Cd, das heißt eine stationäre Kapazität des Piezoelements PE, indem Hochfrequenzkomponenten in der momentanen Kapazität Cp eliminiert werden.
  • Ein Block B31 schaltet die Eingabe für den Block B32 um, um dem Block B32 zu ermöglichen, die momentane Kapazität Cp direkt von dem Block B30 anstelle der gefilterten Kapazität Cd auszugeben. Die momentane Kapazität Cp kann anstelle der gefilterten Kapazität Cd verwendet werden.
  • Ein Block B33 schaltet die Eingabe für den Block B30 zwischen der Sollenergie Etrg und der tatsächlich an das Piezoelement PE gelieferten Ladeenergie um. Die Ladeenergie kann anstelle der Sollenergie Etrg verwendet werden. Die tatsächlich zugeführte Ladeenergie wird in Blöcken B34 und 835 berechnet. In dem Block B34 werden die an dem Piezoelement PE erfasste tatsächliche Spannung V (Va) und der an dem Nebenschlusswiderstand R1 erfasste Strom I multipliziert. Dann wird das Produkt in dem Block B34 in dem Block B35 integriert, um die Ladeenergie zu erhalten.
  • 10 ist ein Blockschaltbild, das einen Teil des Steuer-IC 22 zur Berechnung der Last F und der Versetzung Z basierend auf der berechneten Ladung Qin und Kapazität Cd zeigt.
  • Die imaginäre Spannung Vo ist eine Spannung, von der erwartet wird, dass sie an dem Piezoelement PE beobachtet wird, wenn das Piezoelement PE keine Beanspruchung von dem das Steuerventil 13 umfassenden Ventilmechanismus aufnimmt. In einem Block B40 wird die imaginäre Spannung Vo basierend auf der in dem Block B20 berechneten Ladung Qin berechnet. Zum Beispiel wird der Berechnungsprozess durch Verwendung eines Kennfelds oder eines Ausdrucks durchgeführt, das/der eine Beziehung zwischen der imaginären Spannung Vo und der Ladung Qin darstellt. Die Piezospannung zeigt eine Hystereseschleife mit Bezug auf die Ladung Qin. Gemäß dem Hystereseeffekt des Piezoelements PE ist die Beziehung zwischen der Ladung Qin und der imaginären Spannung Vo beim Laden nahezu linear, aber ist sie beim Entladen relativ nichtlinear. 11 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen der zugeführten Ladung Qin und der Spannung Vo an dem Piezoelement PE zeigt. Um einen durch die Hystereseschleife verursachten Fehler zu beseitigen, ist das Kennfeld oder der Ausdruck in dem Block B40 eingestellt, um unterschiedliche Werte für die imaginäre Spannung Vo beim Laden oder Entladen zu erhalten. Wie es in 11 und dem Block 40 gemäß 10 gezeigt ist, nimmt die imaginäre Spannung Vo beim Laden einen höheren Wert an als die imaginäre Spannung Vo beim Entladen.
  • Das Kennfeld oder der Ausdruck, das/der in dem Block B40 eingebettet ist, wird basierend auf experimenteller Arbeit, bei der eine Beziehung zwischen der imaginären Spannung Vo und der Ladung Qin gemessen wird, vorher ausgebildet und eingestellt. Bei der experimentellen Arbeit wird ein bloßes hergestelltes Piezoelement PE, das nicht in der Einspritzvorrichtung PI installiert ist, in einen Nulllastzustand gebracht, und wird geladen sowie entladen.
  • Das Piezoelement PE weist eine Temperaturabhängigkeit auf, weshalb die Kapazität abhängig von der Temperatur des Piezoelements PE variiert. In einem Block B41 wird ein Temperaturkoeffizient Kc durch Verwendung eines Kennfelds oder eines Ausdrucks basierend auf der in dem Block B30 berechneten Kapazität Cd berechnet. Dann wird in einem Block B42 eine korrigierte imaginäre Spannung Vo' berechnet, indem der Temperaturkoeffizient Kc auf die in dem Block B40 berechnete imaginäre Spannung Vo angewandt wird.
  • In einem Block B43 wird eine Differenz ΔV durch Subtraktion der korrigierten imaginären Spannung Vo von der erfassten tatsächlichen Spannung Va berechnet. 12A ist ein Graph, der eine Änderung der tatsächlichen Spannung Va und der imaginären Spannung Vo zeigt. Gemäß 12A zeigt die durchgezogene Linie die tatsächliche Spannung Va von dem Beginn des Ladens bis zu dem Beginn des Entladens. Die tatsächliche Spannung Va umfasst eine Spannungskomponente, von der erwartet wird, dass sie unter einer Nulllastbedingung beobachtet wird, d. h. die korrigierte imaginäre Spannung Vo'. Gemäß 12A zeigt die gestrichelte Linie die imaginäre Spannung Vo, die der korrigierten imaginären Spannung Vo' entspricht. Daher entspricht ein integrierter Wert der Differenz ΔV, die während des Ladens und des Entladens berechnet wird, einer Fläche, die gemäß 12A durch parallele diagonale Linien bezeichnet ist. Die Differenz ΔV ist eine Spannungskomponente, die mit der Last F in hohem Maße in Beziehung steht, da eine Spannungskomponente wie etwa die imaginäre Spannung Vo und die korrigierte imaginäre Spannung Vo', die keine Beziehung mit der Last F haben, entfernt ist.
  • In einem Block B44 wird ein Lastkoeffizient Kb durch Verwendung eines Ausdrucks Kb = COEF_B/Cd berechnet, wobei COEF_B der piezoelektrische Koeffizient ist und Cd die berechnete Kapazität ist. 13 ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen der Versetzung Z und der tatsächlichen Spannung Va zeigt, wobei die Last F auf null (0) eingestellt ist. Die Versetzung Z ist proportional zu der tatsächlichen Spannung Va. Der Proportionalitätskoeffizient in dieser Beziehung entspricht dem piezoelektrischen Koeffizienten COEF_B. Der Block B44 stellt eine Einrichtung zum Berechnen des Lastkoeffizienten bereit.
  • In einem Block B45 wird die Last F basierend auf der Differenz ΔV und dem Lastkoeffizienten Kb berechnet. Die Last F wird proportional größer, wenn die Differenz ΔV erhöht wird. Der Proportionalitätskoeffizient in dieser Beziehung entspricht dem Lastkoeffizienten Kb. Falls es erforderlich ist, eine voreingestellte Last auf dem Piezoelement PE zu berücksichtigen, die wirkt, bevor sich das Piezoelement durch Aufladung ausdehnt, kann ein vorher gemessener Wert der voreingestellten Last zu der in dem Block B45 berechneten Last F addiert werden. 12B ist ein Graph, der eine Änderung der Last F auf dem Piezoelement PE gemäß dem Aufladen und Entladen zeigt.
  • In einem Block B46 wird eine Nulllast-Versetzung Zo basierend auf der Ladung Qin und dem Lastkoeffizienten Kb geschätzt. Die Nulllast-Versetzung Zo ist eine Versetzung, von der erwartet wird, dass sie zu beobachtet wird, wenn das Piezoelement PE in einen Nulllastzustand gebracht wird. Die Nulllast-Versetzung Zo wird proportional größer, wenn die Ladung Qin erhöht wird. Der Proportionalitätskoeffizient in dieser Beziehung entspricht dem Lastkoeffizienten Kb. Der Block B46 stellt eine Einrichtung zum Schätzen der Nulllast-Versetzung bereit.
  • In einem Block B47 erfasst die Vorrichtung einen Koeffizienten Ka, der einem Koeffizienten COEF_A in der piezoelektrischen Formel Z = COEF_A × F + COEF_B × V entspricht. 13 ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen der Versetzung Z und der Last F zeigt, wobei die Spannung Va konstant ist. Die Versetzung Z wird proportional größer, wenn die Last F erhöht wird. Der Proportionalitätskoeffizient COEF_A in dieser Beziehung entspricht dem Koeffizienten Ka. Der Koeffizient Ka gibt eine Steifigkeit des Piezoelements PE an. Der Koeffizient Ka ist als ein vorbestimmter Wert eingestellt, da die Steifigkeit eine relativ geringe Temperaturabhängigkeit aufweist. Falls es jedoch erforderlich ist, einen genaueren Koeffizienten Ka' zu verwenden, kann der Koeffizient Ka' erhalten werden, indem der Koeffizient Ka basierend auf zumindest einem Parameter korrigiert wird.
  • In einem Block B48 wird eine Last-Versetzung Zf bezüglich der Last F berechnet, indem die Last F und der Koeffizient Ka multipliziert werden. Dann wird in einem Block B49 die Versetzung Z berechnet, indem die Nulllast-Versetzung Zo und die Last-Versetzung Zf summiert werden. 12C ist ein Graph, der eine Änderung der Versetzung Z zeigt.
  • Um die Last F und die Versetzung Z zu erhalten, die sich wie in 12A, 12B und 12C gezeigt kurzzeitig bzw. von Moment zu Moment ändert, führt die Verarbeitungseinheit 24 den gemäß 8 und 10 gezeigten Berechnungsprozess zyklisch bzw. periodisch aus. Die Verarbeitungseinheit 24 und/oder der Mikrocomputer 21 können jedoch den Berechnungsprozess nur dann ausführen, wenn der Berechnungsprozess erforderlich ist.
  • Gemäß der gemeinsamen Komponente des Ausführungsbeispiels ist es möglich, die folgenden Vorteile bereitzustellen.
    • (1) Es ist möglich, genaue Werte für die Last F und die Versetzung Z zu schätzen, da die Last F und die Versetzung Z basierend auf der Differenz ΔV berechnet werden, die keine Komponente wie etwa die imaginäre Spannung Vo mit einer geringen Korrelation mit der Last F umfasst.
    • (2) Es ist möglich, genaue Werte für die momentane Kapazität Cp und die Kapazität Cd zu berechnen, da diese Kapazitäten Cp und Cd durch den Ausdruck (4) basierend auf dem Wert einer Energie wie etwa der Ladeenergie E oder der Sollenergie Etrg berechnet werden, während eine in dem piezoelektrischen Element PE induzierte Komponente wie etwa die Ladung Qlast eliminiert wird.
    • (3) Es ist möglich, genaue Werte für die imaginäre Spannung Vo zu berechnen, da der Block B40 die imaginäre Spannung Vo basierend auf den unterschiedlichen Hysteresekennlinien abhängig von dem Ladeprozess oder dem Entladeprozess schätzt.
    • (4) Es ist möglich, eine Genauigkeit bei dem Schätzprozess für die imaginäre Spannung Vo zu verbessern, da die imaginäre Spannung Vo durch einen Berechnungsprozess geschätzt wird, der einen Korrekturprozess der imaginären Spannung Vo basierend auf der Temperaturabhängigkeit des Piezoelements PE umfasst.
  • Nachstehend wird hierin eine Auswahl von Komponenten zum Korrigieren und Modulieren von Kraftstoffeinspritzcharakteristika basierend auf der Versetzung Z und/oder der Last F erläutert. Die nachstehend erläuterten Komponenten können einzeln oder kombiniert verwendet werden. 14 ist ein Zeitdiagramm, das ein Verhalten der Einspritzvorrichtung PI zeigt. Gemäß 14 zeigt ein Signalverlauf (a) das Befehlssignal IJT, zeigt ein Signalverlauf (b) einen Wert eines durch das Piezoelement PE fließenden Stroms, zeigt ein Signalverlauf (c) einen Wert einer Spannung an dem Piezoelement PE, zeigt ein Signalverlauf (d) die Versetzung Z des Piezoelements PE, zeigt ein Signalverlauf (e) die Last F an dem Piezoelement PE, und zeigt ein Signalverlauf (f) eine Größe eines Ventilhubs des Steuerventils 13. Die durchgezogene Linie zeigt die tatsächliche Spannung Va, und die gestrichelte Linie zeigt die imaginäre Spannung Vo.
  • 14 zeigt einen Einspritzzyklus der Einspritzvorrichtung PI. Der Ladebetrieb beginnt zu der Zeit t1. Das Piezoelement PE dehnt sich allmählich aus, wie es in dem Signalverlauf (d) gezeigt ist. Wenn sich das Piezoelement PE ausdehnt, wird das Steuerventil 13 nach unten gedrückt, und dann öffnet das Steuerventil 13 zu der Zeit t2 den Sitz 10e. Das Piezoelement PE wird weiter geladen und dehnt sich weiter aus. Dann erreicht das Steuerventil 13 zu der Zeit t3 den Sitz 10g und verschließt diesen. Dann ist der Ladebetrieb zu der Zeit t4 abgeschlossen.
  • Der Entladebetrieb beginnt zu der Zeit t6. Das Piezoelement PE schrumpft allmählich, wie es in dem Signalverlauf (d) gezeigt ist. Wenn das Piezoelement PE schrumpft, wird das Steuerventil 13 nach oben gezogen, und dann öffnet das Steuerventil 13 zu der Zeit t7 den Sitz 10g. Das Piezoelement PE wird weiter entladen und schrumpft weiter. Dann erreicht das Steuerventil 13 zu der Zeit t8 den Sitz 10e und verschließt diesen. Dann ist der Entladebetrieb zu der Zeit t9 abgeschlossen.
  • Beispiel 1
  • In einem der Beispiele zur Verwendung der berechneten Versetzung Z und/oder Last F, wird die Versetzung Z verwendet, um eine Öffnungszeit des Sitzes 10e zu bestimmen. Gemäß 14 ist die Öffnungszeit als die Zeit t2 bezeichnet. Die Öffnungszeit wird erfasst, wenn die Versetzung Z eine vorbestimmte erste Schwellenversetzung Zth1 überschreitet. Der Steuer-IC 22 korrigiert das Ansteuersignal für den Schalter SW1 in Art und Weise einer Rückkopplungssteuerung, um die erfasste Öffnungszeit an eine Sollöffnungszeit anzupassen. Zum Beispiel zieht der Steuer-IC 22 die Umschaltzeitsteuerung des Schalters SW1 leicht vor, oder verzögert er diese leicht. Gemäß der Rückkopplungssteuerung wird eine Anstiegsrate der an das Piezoelement PE zugeführten Ladung Qin zumindest in einer Periode nahe der Sollöffnungszeit gesteuert. Die Sollöffnungszeit kann ein fester Wert oder ein variabler Wert abhängig von einem Maschinenbetriebszustand wie etwa der Maschinendrehgeschwindigkeit und der Maschinenlast sein. Die Anstiegsrate der Ladung Qin wird als Ladegeschwindigkeit bezeichnet.
  • Ferner ist es möglich, eine Fehlfunktion bzw. Störung bezüglich einer Maschinensteuerung durch Überwachung der in diesem Beispiel zur Verfügung stehenden Komponenten zu bestimmen. (1) Die Vorrichtung bestimmt eine Fehlfunktion, falls die Ladegeschwindigkeit oder ein korrigierte Ladegeschwindigkeit außerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt. (2) Die Vorrichtung bestimmt eine Fehlfunktion, falls eine Ladungsmenge zu der Sollöffnungszeit oder der erfassten Öffnungszeit außerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt. Wahlweise kann eine korrigierte Ladungsmenge anstelle der Ladungsmenge verwendet werden. Die Öffnungszeit wird gemäß 14 als die Zeit t2 bezeichnet. (3) Die Vorrichtung bestimmt eine Fehlfunktion, falls eine Ladungsmenge zu einer Abschlusszeit des Ladebetriebs außerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt. Die Abschlusszeit ist gemäß 14 durch die Zeit t4 bezeichnet. Wahlweise kann eine erhöhte Ladungsmenge anstelle der Ladungsmenge verwendet werden. (4) Die Vorrichtung bestimmt eine Fehlfunktion, falls die Versetzung Z einen vorbestimmten Schwellenwert nicht erreichen kann, wenn seit dem Beginn des Ladebetriebs eine vorbestimmte Zeit verstrichen ist. Der Beginn des Ladebetriebs ist gemäß 14 durch die Zeit t1 bezeichnet.
  • Beispiel 2
  • Die Last F wird verwendet, um die Öffnungszeit des Sitzes 10e zu bestimmen. Die Öffnungszeit wird erfasst, wenn die Last F ein Verhalten zeigt, das eine Spitze bzw. einen Scheitelpunkt zeigt. Zum Beispiel überwacht die Vorrichtung die Last F innerhalb einer Periode T20, die vor und nach der Sollöffnungszeit definiert ist, wie es gemäß 14 gezeigt ist. Daher wird, falls sich die Last F wie gemäß 14 gezeigt ändert, eine Zeit als die Öffnungszeit gespeichert, zu der die Spitze bzw. der Scheitelpunkt der Last F erfasst wird.
  • Die ähnliche Verarbeitung für die Rückkopplungssteuerung und die Fehlfunktionserfassung, die in dem vorhergehenden Beispiel beschrieben ist, kann bei diesem Beispiel angewandt werden. Zusätzlich kann die Vorrichtung eine Fehlfunktion bestimmen, falls die Last F einen vorbestimmten Schwellenwert nicht erreichen kann, wenn seit dem Beginn des Ladebetriebs eine vorbestimmte Zeit verstrichen ist.
  • Beispiel 3
  • Die Versetzung Z wird verwendet, um eine Schließzeit des Sitzes 10g zu bestimmen. Gemäß 14 ist die Schließzeit als die Zeit t3 bezeichnet. Die Schließzeit wird erfasst, wenn die Versetzung Z eine vorbestimmte zweite Schwellenversetzung Zth2 überschreitet. Die zweite Schwellenversetzung Zth2 ist größer als die erste Schwellenversetzung Zth1. Der Steuer-IC 22 korrigiert das Ansteuersignal für den Schalter SW1 in Art und Weise einer Rückkopplungssteuerung, um die erfasste Schließzeit an eine Sollschließzeit anzupassen. Zum Beispiel zieht der Steuer-IC 22 die Schaltzeitsteuerung des Schalters SW1 leicht vor, oder verzögert er diese leicht. Gemäß der Rückkopplungssteuerung wird eine Anstiegsrate der an das Piezoelement PE zugeführten Ladung Qin zumindest in einer Periode nahe der Sollschließzeit gesteuert. Die Sollschließzeit kann ein fester Wert oder ein variabler Wert abhängig von einem Maschinenbetriebszustand wie etwa der Maschinendrehgeschwindigkeit und der Maschinenlast sein. Die Anstiegsrate der Ladung Qin wird als Ladegeschwindigkeit bezeichnet.
  • Zusätzlich ist es bevorzugt, den Schalter SW1 zum Abschließen des Ladebetriebs zu steuern, wenn seit der Schließzeit des Sitzes 10g, wie etwa der Zeit t3, eine vorbestimmte Zeit verstrichen ist. Wahlweise ist es bevorzugt, den Schalter SW1 zum Abschließen des Ladebetriebs zu steuern, wenn eine vorbestimmte Menge einer Ladeenergie gegenüber einer Menge einer Ladeenergie zu der Schließzeit des Sitzes 10g geladen ist.
  • Die ähnliche Verarbeitung zum Erfassen der Fehlfunktion, die in den vorhergehenden Beispielen beschrieben ist, kann bei diesem Beispiel angewandt werden. Zusätzlich kann die Vorrichtung eine Fehlfunktion bestimmen, falls die Ladungsmenge oder eine korrigierte Ladungsmenge zu der Schließzeit des Sitzes 10g oder der Sollschließzeit außerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt.
  • Beispiel 4
  • Die Last F wird verwendet, um die Schließzeit des Sitzes 10g zu bestimmen. Die Schließzeit wird erfasst, wenn die Last F ein Verhalten zeigt, das eine Sohle bzw. einen Tiefpunkt zeigt. Zum Beispiel überwacht die Vorrichtung die Last F innerhalb einer Periode T30, die vor und nach der Sollschließzeit definiert ist, wie es gemäß 14 gezeigt ist. Daher wird, falls sich die Last F wie gemäß 14 gezeigt ändert, eine Zeit als die Schließzeit des Sitzes 10g gespeichert, zu der die Sohle bzw. der Tiefpunkt der Last F erfasst wird.
  • Die ähnliche Verarbeitung für die Rückkopplungssteuerung und die Fehlfunktionserfassung, die in den vorhergehenden Beispielen beschrieben ist, kann bei diesem Beispiel angewandt werden. Zusätzlich kann die Vorrichtung eine Fehlfunktion bestimmen, falls ein Tiefstwert der erfassten Last F in der Periode T30 nicht zumindest eine vorbestimmte Spanne unter einem Spitzenwert der in der Periode T20 erfassten Last F liegt.
  • Beispiel 5
  • Die Vorrichtung erfasst und speichert die Last F zu der Zeit t4, zu der der Ladebetrieb abgeschlossen ist, als eine endgültige Last. Die Vorrichtung steuert das Ansteuersignal an den Schalter SW1 in Art und Weise einer Rückkopplung, um die endgültige Last innerhalb eines vorbestimmten Bereichs anzupassen. Zum Beispiel wird das Ansteuersignal moduliert, um die endgültige Last innerhalb eines Bereichs F10 anzupassen, wie es gemäß 14(e) gezeigt ist. Daher wird ein Oberflächendruck an dem Sitz 10g innerhalb eines bestimmten Bereichs gesteuert. Der vorbestimmte Bereich, z. B. F10, kann ein fester Wert oder ein variabler Wert abhängig von dem Kraftstoffdruck PC in der gemeinsamen Kraftstoffleitung 5 sein. Die Rückkopplungssteuerung moduliert das Ansteuersignal in einem nachfolgenden Ladebetrieb basierend auf der endgültigen Last, die in dem vorhergehenden Ladebetrieb erfasst wird. Als Folge hiervon wird eine Menge der Ladeenergie an das Piezoelement PE durch die Rückkopplungssteuerung gesteuert.
  • Die ähnliche Verarbeitung zum Erfassen der Fehlfunktion, die in den vorhergehenden Beispielen beschrieben ist, kann bei diesem Beispiel angewandt werden. Zusätzlich kann die Vorrichtung eine Fehlfunktion bestimmen, falls die Menge der Ladungsenergie oder eine korrigierte Menge der Ladungsenergie außerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt.
  • Beispiel 6
  • Die Versetzung Z wird verwendet, um eine Öffnungszeit des Sitzes 10g zu bestimmen. Gemäß 14 ist die Öffnungszeit als die Zeit t7 bezeichnet. Die Öffnungszeit wird erfasst, wenn die Versetzung Z kleiner wird als eine dritte Schwellenversetzung Zth3. Der Steuer-IC 22 korrigiert das Ansteuersignal für den Schalter SW2 in Art und Weise einer Rückkopplungssteuerung, um die erfasste Öffnungszeit an eine Sollöffnungszeit anzupassen. Gemäß der Rückkopplungssteuerung wird eine Abnahmerate der von dem Piezoelement PE entladenden Ladung Qin zumindest in einer Periode nahe der Sollöffnungszeit gesteuert. Die Sollöffnungszeit kann ein fester Wert oder ein variabler Wert abhängig von einem Maschinenbetriebszustand wie etwa der Maschinendrehgeschwindigkeit und der Maschinenlast sein. Die Abnahmerate der Ladung Qin wird als eine Entladegeschwindigkeit bezeichnet.
  • Ferner ist es möglich, eine Fehlfunktion bzw. Störung bezüglich einer Maschinensteuerung durch Überwachung der in diesem Beispiel zur Verfügung stehenden Komponenten zu bestimmen. (1) Die Vorrichtung bestimmt eine Fehlfunktion, falls die Entladegeschwindigkeit oder eine korrigierte Entladegeschwindigkeit außerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt. (2) Die Vorrichtung bestimmt eine Fehlfunktion, falls eine Entladungsmenge zu der Sollöffnungszeit oder der erfassten Öffnungszeit außerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt. Wahlweise kann eine korrigierte Entladungsmenge anstelle der Entladungsmenge verwendet werden. Die Öffnungszeit ist als die Zeit t7 gemäß 14 bezeichnet. (3) Die Vorrichtung bestimmt eine Fehlfunktion, falls eine Entladungsmenge zu einem Abschlusszeitpunkt des Entladebetriebs außerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt. Die Abschlusszeit ist durch die Zeit t8 gemäß 14 bezeichnet. Wahlweise kann eine erhöhte Entladungsmenge anstelle der Entladungsmenge verwendet werden. (4) Die Vorrichtung bestimmt eine Fehlfunktion, falls die Versetzung Z nicht kleiner als ein vorbestimmter Schwellenwert werden kann, wenn seit dem Beginn des Entladebetriebs eine vorbestimmte Zeit verstrichen ist. Der Beginn des Entladebetriebs ist durch die Zeit t6 gemäß 14 bezeichnet.
  • Beispiel 7
  • Die Last F wird verwendet, um die Öffnungszeit des Sitzes 10g zu bestimmen. Die Öffnungszeit wird erfasst, wenn die Last F kleiner wird als eine erste Schwellenlast Fth1 in einer Periode T40, die eine Sollöffnungszeit umfasst. Die Vorrichtung speichert eine Zeit, zu der die Last F kleiner wird als die Schwellenlast Fth1, als die Öffnungszeit.
  • Die ähnliche Verarbeitung für die Rückkopplungssteuerung und die Fehlfunktionserfassung, die in den vorhergehenden Beispielen beschrieben ist, kann bei diesem Beispiel angewandt werden. Zusätzlich kann die Vorrichtung eine Fehlfunktion bestimmen, falls eine Ladungsmenge zu der Öffnungszeit des Sitzes 10g zumindest eine vorbestimmte Spanne unter einer Ladungsmenge zu der Schließzeit des Sitzes 10g liegt. Zusätzlich kann die Vorrichtung eine Fehlfunktion bestimmen, falls die Last F nicht kleiner als ein vorbestimmter Schwellenwert werden kann, wenn seit dem Beginn des Entladebetriebs, wie etwa der Zeit t6, eine vorbestimmte Zeit verstrichen ist.
  • Beispiel 8
  • Die Versetzung Z wird verwendet, um eine Schließzeit des Sitzes 10e zu bestimmen. Gemäß 14 ist die Schließzeit als die Zeit t8 bezeichnet. Die Schließzeit wird erfasst, wenn die Versetzung Z kleiner wird als eine vorbestimmte vierte Schwellenversetzung Zth4. Die vierte Schwellenversetzung Zth4 ist kleiner als die dritte Schwellenversetzung Zth3 zum Erfassen der Öffnungszeit des Sitzes 10g. Der Steuer-IC 22 korrigiert das Ansteuersignal für den Schalter SW2 in Art und Weise einer Rückkopplungssteuerung, um die erfasste Schließzeit an eine Sollschließzeit anzupassen. Zum Beispiel zieht der Steuer-IC 22 die Schaltzeitsteuerungen des Schalters SW2 leicht vor, oder verzögert er diese leicht. Gemäß der Rückkopplungssteuerung wird eine Abnahmerate der Ladung Qin in dem Piezoelement PE zumindest in einer Periode nahe der Sollschließzeit gesteuert. Die Sollschließzeit kann ein fester Wert oder ein variabler Wert abhängig von einem Maschinenbetriebszustand wie etwa der Maschinendrehgeschwindigkeit und der Maschinenlast sein. Die Abnahmerate der Ladung Qin wird als eine Entladegeschwindigkeit bezeichnet.
  • Zusätzlich zu den vorhergehenden Beispielen kann die Vorrichtung eine Fehlfunktion bzw. Störung bezüglich der Maschinensteuerung basierend auf vielfältigen Daten erfassen, die bei dem Beispiel zur Verfügung stehen.
    • (1) Die Vorrichtung kann eine Fehlfunktion bestimmen, falls die Entladegeschwindigkeit oder ein korrigierter Wert der Entladegeschwindigkeit außerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt.
    • (2) Die Vorrichtung kann eine Fehlfunktion bestimmen, falls die Versetzung Z nicht kleiner als ein vorbestimmter Schwellenwert werden kann, nachdem seit dem Beginn des Entladebetriebs, wie etwa der Zeit t6, eine vorbestimmte Zeit verstrichen ist.
  • Beispiel 9
  • Es wird eine Änderungsrate einer Ladung in dem Ladebetrieb oder dem Entladebetrieb erfasst. Die Änderungsrate wird gesteuert, um die bei den vorhergehenden Beispielen erfassten Öffnungs- und Schließzeiten an die Sollöffnungs- und -schließzeiten anzupassen. Die Vorrichtung bestimmt eine Fehlfunktion bzw. Störung, falls die Änderungsrate oder eine Ladeperiode und eine Entladeperiode außerhalb vorbestimmter Schwellenperioden liegen. Die Vorrichtung kann bestimmen, dass eine in dem Piezoelement PE geladene Ladungsmenge oder eine korrigierte Ladungsmenge außerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt.
  • Beispiel 10
  • Die Vorrichtung erfasst zumindest einen von Beträgen bzw. Größen einer Ladung zu der Öffnungszeit des Sitzes 10e, der Schließzeit des Sitzes 10g und der Öffnungszeit des Sitzes 10g. Die Vorrichtung schätzt ein Alterungsmaß der Einspritzvorrichtung PI oder des Piezoelements PE basierend auf der erfassten Ladungsmenge. Dann bestimmt die Vorrichtung, dass die Einspritzvorrichtung PI oder das Piezoelement PE sich in einer Fehlfunktion bzw. Störung befindet, falls das geschätzte Alterungsmaß ein vorbestimmtes Maß überschreitet. Die Vorrichtung kann eine Höchstgrenze des Kraftstoffdrucks PC in der gemeinsamen Kraftstoffleitung 5 verringern, wenn das Alterungsmaß größer wird.
  • Beispiel 11
  • Die Vorrichtung führt die folgenden Maßnahmen durch, wenn in den vorhergehenden Beispielen die Fehlfunktion bestimmt wird.
    • (1) Als Reaktion auf die Fehlfunktion kann die Vorrichtung den Kraftstoffdruck PC in der gemeinsamen Kraftstoffleitung 5 unter denjenigen in einem Zustand ohne Fehlfunktion begrenzen.
    • (2) Als Reaktion auf die Fehlfunktion kann die Vorrichtung den Betrieb der Einspritzvorrichtung PI anhalten, die dem Zylinder entspricht, bei dem die Fehlfunktion bestimmt wird.
    • (3) Als Reaktion auf die Fehlfunktion kann die Vorrichtung eine Kraftstoffzufuhr von der Kraftstoffpumpe 3 zu der gemeinsamen Kraftstoffleitung 5 anhalten, dann den Kraftstoffdruck PC auf einen Druck verringern, mit dem die Einspritzvorrichtung PI Kraftstoff nicht einspritzen kann, indem sie ein Druckverringerungsventil an der gemeinsamen Kraftstoffleitung 5 betätigt bzw. aktiviert.
    • (4) Als Reaktion auf die Fehlfunktion kann die Vorrichtung ein Detail der Fehlfunktion in einem RAM oder EEPROM in der Steuereinheit 20 speichern. Ein Fahrer des Fahrzeugs oder eine Wartungsperson kann das gespeicherte Detail der Fehlfunktion aufrufen und untersuchen, indem er/sie eine Anzeigevorrichtung an dem Fahrzeug oder ein externes Wartungswerkzeug verwendet.
  • Weitere Beispiele
  • Die vorhergehenden Beispiele können miteinander kombiniert werden.
  • Die Versetzung Z und die Last F können verwendet werden, um den durch das Piezoelement PE fließenden Strom zu korrigieren, um eine Einspritzbedingung wie etwa eine Einspritzmenge an eine Sollbedingung anzupassen.
  • Die Versetzung Z und die Last F können verwendet werden, um eine Fehlfunktion der Einspritzvorrichtung PI zu bestimmen.
  • Die in den vorhergehenden Beispielen beschriebenen Maßnahmen zur Fehlfunktionserfassung können auf jede Einspritzung einer Mehrfacheinspritzung für einen Verbrennungs- bzw. Arbeitstakt angewandt werden. Zum Beispiel können die Maßnahmen zur Fehlfunktionserfassung auf eine Einspritzung geringer Menge wie etwa eine Piloteinspritzung oder eine Voreinspritzung angewandt werden. Es ist möglich, eine Fehlfunktion der Piloteinspritzung oder der Voreinspritzung zu bestimmen. Genauer gesagt ist es möglich, zu bestimmen, ob eine tatsächliche Einspritzmenge bei der Piloteinspritzung an eine Solleinspritzmenge angepasst ist oder nicht.
  • Obwohl sowohl die Versetzung Z als auch die Last F bei den vorhergehenden Beispielen berechnet werden, kann nur eine der Versetzung Z und der Last F berechnet und für eine Rückkopplungssteuerung bzw. Regelung verwendet werden.
  • Obwohl bei den vorhergehenden Beispielen zumindest einer von Parametern wie etwa der Versetzung Z und der Last F in beiden Perioden für den Ladebetrieb und den Entladebetrieb berechnet wird, kann der Parameter nur in einer der Perioden für den Ladebetrieb und den Entladebetrieb berechnet werden. Bei dieser Ausgestaltung kann der Block B40 eine der Kennlinien zum Berechnen der imaginären Spannung Vo haben, die gemäß 11 gezeigt sind. In einem Fall, in dem der Parameter nur in dem Ladebetrieb berechnet wird, speichert zum Beispiel der Block B40 die Kennlinie L1 gemäß 11. In einem Fall, in dem der Parameter nur in dem Entladebetrieb berechnet wird, speichert der Block B40 die Kennlinie L2 gemäß 11.
  • Obwohl die Ansteuerschaltung 23 ein Schaltungstyp mit mehreren Schaltern ist, der die Komponenten wie etwa den Kondensator C1 und den Schalter SW1 umfasst, kann die Ansteuerschaltung 23 eine einen Transformator umfassende Schaltung oder eine einen LC-Resonator umfassende Schaltung sein. Bei dem Schaltungstyp mit mehreren Schaltern wird eine Ladungsmenge, die von dem Kondensator C1 an das Piezoelement PE übertragen wird, durch abwechselndes Ein- und Ausschalten des Schalters SW1 während eines Zyklus des Ladebetriebs gesteuert. Mit anderen Worten wird der Schalter SW1 während einer Periode zwischen der Zeit t1 und t5 abwechselnd ein- und ausgeschaltet, wie es gemäß 5 gezeigt ist, um die Ladeenergie an das Piezoelement PE zu steuern. Die den Transformator umfassende Schaltung lädt das Piezoelement PE durch den Sekundärstrom des Transformators, und sie steuert die Ladeenergie durch eine Schaltsteuerung des Primärstroms des Transformators. Die den LC-Resonator umfassende Schaltung lädt das Piezoelement PE durch eine Vielzahl von LC-Resonanzeffekten.
  • Obwohl die Einspritzvorrichtung PI das Steuerventil 13 verwendet, kann die Einspritzvorrichtung PI eine Direktantriebsanordnung aufweisen. Bei der Direktantriebsanordnung wird die Versetzung des Piezoelements PE direkt an die Nadel 11 übertragen. Bei der Direktantriebsanordnung ist es bevorzugt, dass die Vorrichtung steuert, die Versetzung Z und die Last F zu einer Vielzahl von Zeiten an Sollwerte anzupassen.
  • Obwohl die vorliegende Erfindung in Verbindung mit den bevorzugten Ausführungsbeispielen dieser unter Bezugnahme auf die begleitenden Darstellungen vollständig beschrieben wurde, ist es zu beachten, dass verschiedene Änderungen und Modifikationen für den Fachmann ersichtlich werden. Solche Änderungen und Modifikationen sind als innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung liegend zu verstehen, wie er durch die anhängenden Patentansprüche definiert ist.
  • Ein Kraftstoffeinspritzsystem weist eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung und eine Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzvorrichtung auf. Die Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung berechnet eine Versetzung (Z) eines piezoelektrischen Elements, d. h. eines Piezoelements, oder eine Last (F) auf dem Piezoelement, wenn das Piezoelement sich in Aufladung oder Entladung befindet. Die Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung korrigiert oder moduliert ihre Steuercharakteristika bzw. -kennlinien basierend auf der geschätzten Versetzung (Z) oder Last (F). Die Vorrichtung schätzt eine imaginäre Spannung (Vo), von der erwartet wird, dass sie an dem Piezoelement beobachtet wird, wenn das Piezoelement keine Beanspruchung von einem Ventilmechanismus aufnimmt. Die Vorrichtung misst eine tatsächliche Spannung (Va) an dem Piezoelement. Dann berechnet die Vorrichtung die Versetzung (Z) oder die Last (F) basierend auf einer Differenz (ΔV) zwischen der imaginären Spannung (Vo) und der tatsächlichen Spannung (Va).
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - JP 2002-21621 A [0003]

Claims (10)

  1. Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung, die für eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung angepasst ist, welche eine Einspritzvorrichtung (PI) mit einem Ventilmechanismus und einem piezoelektrischen Element (PE) umfasst, das den Ventilmechanismus im Ansprechen auf ein Laden und ein Entladen öffnet und schließt, mit: einer Einrichtung zum Schätzen einer imaginären Spannung (Vo), von der erwartet wird, dass sie an dem piezoelektrischen Element (PE) beobachtet wird, wenn das piezoelektrische Element (PE) keine Last von dem Ventilmechanismus aufnimmt; einer Einrichtung zum Erfassen einer tatsächlichen Spannung (Va) an dem piezoelektrischen Element (PE); und einer Einrichtung zum Berechnen eines Parameters, der eine Versetzung (Z) des piezoelektrischen Elements (PE) und/oder eine Last (F) auf dem piezoelektrischen Element (PE) umfasst, basierend auf einer Differenz (ΔV), die durch Subtraktion der imaginären Spannung (Vo) von der tatsächlichen Spannung (Va) erhalten wird.
  2. Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung gemäß Anspruch 1, zusätzlich mit: einer Einrichtung zum Berechnen einer Kapazität (C, Cp, Cd) des piezoelektrischen Elements (PE) basierend auf einer an das piezoelektrische Element (PE) zugeführten Ladeenergie und einer an dem piezoelektrischen Element (PE) erfassten Spannung nach Zuführung der Ladeenergie, wobei die Imaginärspannung-Schätzeinrichtung die imaginäre Spannung basierend auf der von der Kapazitätsberechnungseinrichtung berechneten Kapazität (C, Cp, Cd) und einer Ladungsmenge (Qin) schätzt, die in das piezoelektrische Element (PE) geladen oder von diesem entladen wird.
  3. Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung gemäß Anspruch 2, wobei die Imaginärspannung-Schätzeinrichtung die imaginäre Spannung so schätzt, dass eine Beziehung zwischen der Ladung (Qin) und der imaginären Spannung (Vo) zu einer linearen Beziehung wird, wenn das piezoelektrische Element geladen wird.
  4. Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung gemäß Anspruch 2 oder 3, wobei die Imaginärspannung-Schätzeinrichtung die imaginäre Spannung so schätzt, dass eine Beziehung zwischen der Ladung (Qin) und der imaginären Spannung (Vo) zu einer nichtlinearen Beziehung wird, wenn das piezoelektrische Element entladen wird.
  5. Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, zusätzlich mit: einer Einrichtung zum Berechnen eines Lastkoeffizienten (Kb) basierend auf der von der Kapazitätsberechnungseinrichtung berechneten Kapazität (Cd) und einem piezoelektrischen Koeffizienten (COEF_B) des piezoelektrischen Elements (PE), wobei die Parameterberechnungseinrichtung die Last (F) basierend auf der Differenz (ΔV) und dem Lastkoeffizienten (Kb) berechnet.
  6. Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Parameterberechnungseinrichtung aufweist: eine Einrichtung zum Schätzen einer Nulllast-Versetzung (Zo), von der erwartet wird, dass sie beobachtet wird, wenn das piezoelektrische Element (PE) keine Last aufnimmt, basierend auf einer Menge einer übertragenen Ladung, die in das piezoelektrische Element (PE) geladen oder von diesem entladen wird; und eine Einrichtung zum Berechnen einer Last-Versetzung (Zf), die aus einer auf das piezoelektrische Element (PE) angewandten Last resultiert, wobei die Parameterberechnungseinrichtung die Versetzung (Z) durch Summieren der Nulllast-Versetzung (Zo) und der Last-Versetzung (Zf) berechnet.
  7. Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Imaginärspannung-Schätzeinrichtung die imaginäre Spannung basierend auf einer Temperatur des piezoelektrischen Elements (PE) oder einer mit der Temperatur korrelierenden physikalischen Größe schätzt.
  8. Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, zusätzlich mit: einer Einrichtung zum Steuern eines Ladebetriebs oder eines Entladebetriebs bezüglich des piezoelektrischen Elements (PE) basierend auf dem von der Parameterberechnungseinrichtung berechneten Parameter (Z oder F).
  9. Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, zusätzlich mit: einer Einrichtung zum Bestimmen einer Fehlfunktion der Einspritzvorrichtung (PI) basierend auf dem von der Parameterberechnungseinrichtung berechneten Parameter (Z oder F).
  10. Kraftstoffeinspritzsystem mit: der Kraftstoffeinspritzvorrichtung einschließlich der Einspritzvorrichtung (PI); und der Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9.
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