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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf ein Treibstoffeinspritzsystem,
das Treibstoff in einen Zylinder eines Motors einspritzt, und genauer
auf ein Treibstoffeinspritzsystem, das ein Ausrücken einer
Nadel aus einem Ventilsitz und ein Einrücken einer Nadel
in den Ventilsitz unter Verwendung von unter Druck gesetztem Treibstoff
steuert.
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Herkömmlich
ist ein Treibstoffeinspritzsystem bekannt, das eine Nadel, die ein
Düsenloch in einer Ausrückrichtung oder einer
Einrückrichtung durch den Treibstoffdruck öffnet
und schließt. In einem Treibstoffeinspritzsystem nach
JP 2007-138852 A wird
zum Beispiel eine Nadel in eine Ausrückrichtung oder eine
Einrückrichtung durch Steuern eines Treibers verschoben,
der einen Kolben drückt, um den Druck des durch den Kolben
unter Druck gesetzten Treibstoffs zu ändern.
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In
dem Treibstoffeinspritzsystem gemäß
JP 2007-138852 A beinhaltet
die Nadel eine zylindrische äußere Nadel und eine
innere Nadel, die innerhalb der äußeren Nadel
angebracht ist. Entsprechend öffnet und schließt
jede Nadel verschiedene Düsenlöcher in einer stufenweisen
Art, so dass das Einspritzsystem in der Lage ist, ein atomisiertes
Treibstoffspray in einen Zylinder eines Motors einzuspritzen, selbst
wenn eine Injektionsmenge des Treibstoffs klein ist.
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Beim
Verschieben der Nadel von ihrer ausgerückten Position zu
der eingerückten Position steuert das Treibstoffeinspritzsystem
gemäß
JP 2007-138852 den
Treiber A so, dass sich die Nadel in der Einrückrichtung
mit einer konstanten Geschwindigkeit bewegt. Eine Position der Nadel,
bei der die Nadel von dem Ventilsitz ausgerückt ist, wird als
die „ausgerückte Position” beschrieben,
und eine Position der Nadel, bei der die Nadel in Kontakt mit dem
Ventilsitz ist und dadurch das Düsenloch schließt
und gestoppt ist, wird als die „eingerückte Position” bezeichnet.
Ferner wird eine Bewegungsrichtung der Nadel, wenn die Nadel von
der ausgerückten Position zu der eingerückten
Position verschoben wird, als die „Einrückrichtung” bezeichnet, und
eine Bewegungsrichtung der Nadel, wenn die Nadel von der eingerückten
Position zu der ausgerückten Position verschoben wird,
wird als die „Ausrückrichtung” bezeichnet.
Die obigen Ausdrücke werden unten benützt. Wenn
der Treiber in der oben beschriebenen Weise gesteuert wird, ist
ein Aufprall manchmal groß, wenn die Nadel in Kontakt mit
dem Ventilsitz gebracht wird, weil eine Geschwindigkeit der Nadel
groß ist, wenn sie in Kontakt mit dem Ventilsitz kommt.
Als ein Ergebnis kann ein Schaden an der Nadel oder eine Abnutzung
der Nadel und des Ventilsitzes verursacht werden. Wenn die Nadel
und der Ventilsitz abgenutzt sind, ändern sich zum Beispiel Ventilöffnungszeitpunkte
oder Ventilöffnungszeiten. Folglich verschlechtert sich
eine Einspritzleistung des Treibstoffeinspritzsystems mit der Zeit.
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Insbesondere
hat die äußere Nadel aufgrund ihrer zylindrischen
Form eine geringe Stärke, und deswegen wird die äußere
Nadel leicht zerstört oder abgenutzt, wenn der Aufprall
groß ist, wenn sie in Kontakt mit dem Ventilsitz tritt.
Ferner biegt sich die äußere Nadel, wenn die äußere
Nadel sich in die Einrückrichtung bewegt, wenn sie bezüglich
des Ventilsitzes gleitet, nachdem ein Teil der äußeren
Nadel in Kontakt mit dem Ventilsitz getreten ist. Entsprechend wird
die äußere Nadel in Anlehnung mit dem Ventilsitz
an zwei oder mehr als einem Punkt gebracht, um das Düsenloch
zu schließen. Dadurch können eine Abnutzung der äußeren
Nadel und des Ventilsitzes gefördert werden, wenn eine
Geschwindigkeit des Gleitens groß ist.
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Die
vorliegende Erfindung adressiert die obigen Nachteile. Daher ist
es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Treibstoffeinspritzsystem
bereitzustellen, das eine Abnutzung eines Bauteils unterdrückt,
um so eine Verschlechterung der Injektionsleistung mit dem Zeitablauf
zu unterdrücken.
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Um
die Aufgabe der vorliegenden Erfindung zu erzielen, wird ein Treibstoffeinspritzsystem
einschließlich eines Düsenkörpers, einer
Nadel, einem Nadeldrängbauteil, einem Kolben, einem Treibstoffdrucksteuerungssystem,
einem Kolbendrängbauteil, einem Treiber und einem Steuerungsteil
bereitgestellt. Der Düsenkörper beinhaltet zumindest
ein Ventilloch, einen Ventilsitz, und eine Treibstoffpassage, die
mit dem zumindest einem Düsenloch in Verbindung steht.
Die Nadel ist innerhalb des Düsenkörpers angebracht,
um sich darin in einer axialen Richtung der Nadel hin- und herzubewegen.
Die Nadel rückt in den Ventilsitz ein, um so die Treibstoffpassage
zu schließen, und rückt von dem Ventilsitz aus,
um so die Treibstoffpassage zu öffnen. Das Nadeldrängbauteil
ist konfiguriert, um die Nadel in eine Einrückrichtung
zu drängen, was eine Richtung von einer ausgerückten
Position hin zu einer eingerückten Position ist, wobei
die ausgerückte Position eine Position der Nadel ist, bei
der die Nadel von dem Ventilsitz ausgerückt ist, und die
eingerückte Position eine Position der Nadel ist, bei der
die Nadel in den Ventilsitz eingerückt ist. Der Kolben
ist im Ventilkörper angebracht, um sich darin hin- und
herzubewegen. Das Treibstoffdrucksteuerungssystem beinhaltet einen Drucksteuerungsraum
und eine Druckbeaufschlagungskammer. Der Drucksteuerungsraum drängt
die Nadel gegen eine Drängkraft von dem Nadeldrängbauteil
in eine Ausrückrichtung, die eine Richtung von der eingerückten
Position hin zu der ausgerückten Position ist, wenn ein
Treibstoffdruck in dem Drucksteuerungsraum wächst. Die
Druckbeaufschlagungskammer steht in Verbindung mit dem Drucksteuerungsraum.
Treibstoff in der Druckbeaufschlagungskammer wird durch den Kolben
unter Druck gesetzt. Das Kolbendrängbauteil ist konfiguriert,
den Kolben in eine Richtung zu drängen, in der ein Treibstoffdruck
in der Druckbeaufschlagungskammer sinkt. Der Treiber ist konfiguriert,
sich beim Anlegen einer Spannung an ihn auszudehnen, um so den Kolben
gegen die Drängkraft des Kolbendrängbauteils in eine
Richtung zu drücken, in der der Druck des Treibstoffs in
der Druckbeaufschlagungskammer wächst. Der Steuerungsteil
ist konfiguriert, den Druck des Treibstoffs in der Druckbeaufschlagungskammer
und den Druck des Treibstoffs in dem Drucksteuerungsraum durch Ändern
der an den Treiber angelegten Spannung zu ändern. Der Steuerungsteil
beinhaltet eine Geschwindigkeitsreduziereinrichtung. Die Geschwindigkeitsreduziereinrichtung
dient dazu, eine Bewegungsgeschwindigkeit der Nadel in die Einrückrichtung
durch Ändern einer Steigung einer Reduktion in der an den
Treiber angelegten Spannung während eines Verrückens
der Nadel von der ausgerückten Position zu der eingerückten
Position zu reduzieren, um so eine Kontraktionsrate des Treibers
pro Zeiteinheit zu ändern.
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Die
Erfindung wird zusammen mit zusätzlichen Aufgaben, Merkmalen
und Vorteilen von ihr am besten aus der folgenden Beschreibung,
den anhängenden Ansprüchen und den begleitenden
Zeichnungen verstanden, in denen:
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1 eine
Querschnittsansicht ist, die ein Treibstoffeinspritzsystem gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung illustriert;
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2(A) eine teilweise Querschnittsansicht ist,
die eine Nachbarschaft der Düsenlöcher des Treibstoffeinspritzsystems
gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel
illustriert;
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2(B) eine andere teilweise Querschnittsansicht
ist, die die Nachbarschaft der Düsenlöcher des
Treibstoffeinspritzsystems gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel
illustriert;
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3 ein
Flussdiagramm ist, das einen Antriebssteuerungsprozess für
eine Nadel des Treibstoffeinspritzsystems gemäß dem
ersten Ausführungsbeispiel illustriert;
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4 ein
Zeitdiagramm ist, das eine Änderung einer Spannung über
die Zeit, die an einen Treiber des Treibstoffeinspritzsystems angelegt
ist, und eine Änderung einer Hubmenge der Nadel des Treibstoffeinspritzsystems über
die Zeit gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel
illustriert;
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5 eine
andere teilweise Querschnittsansicht ist, die die Nachbarschaft
der Düsenlöcher des Treibstoffeinspritzsystems
gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel
der Erfindung illustriert;
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6 ein
Flussdiagramm ist, das einen Antriebssteuerungsprozess für
eine Nadel des Treibstoffeinspritzsystems gemäß dem
zweiten Ausführungsbeispiel illustriert; und
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7 ein
Zeitdiagramm ist, das eine Änderung einer Spannung, die
an einen Treiber des Treibstoffeinspritzsystems angelegt wird, über
die Zeit und eine Änderung einer Hubmenge der Nadel des
Treibstoffeinspritzsystems über die Zeit gemäß dem
zweiten Ausführungsbeispiel illustriert.
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Ein
Treibstoffeinspritzsystem gemäß Ausführungsbeispielen
der Erfindung wird im Weiteren mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen
erklärt.
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(Erstes Ausführungsbeispiel)
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Wie
in 1 gezeigt, ist ein Treibstoffeinspritzsystem 1 an
jedem Zylinder eines Dieselmotors angebracht, um zum Beispiel Hochdrucktreibstoff, der
in einem Common-Rail in einem Druckakkumulierungszustand gespeichert
ist, in jeden Zylinder einzuspritzen. Das Treibstoffeinspritzsystem 1 beinhaltet einen
Düsenkörper 2, eine Nadel 3,
einen Kolben 5, einen Piezotreiber 6, und eine
elektronische Steuerungseinheit (ECU) 8. Innerhalb des
Düsenkörpers 2 sind die Nadel 3,
der Kolben 5, der Piezotreiber 6 und ähnliches
angebracht, und eine Treibstoffpassage 70, eine Treibstoffspeicherkammer 71,
eine Gegendruckkammer 72, ein Drucksteuerungsraum 81,
eine Druckbeaufschlagungskammer 82 und ähnliches
gebildet.
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Der
Düsenkörper 2 wird durch Verbinden eines
ersten Körpers 21, eines zweiten Körpers 22,
eines dritten Körpers 23, eines vierten Körpers 24,
und eines fünften Körpers 25 gebildet,
die in im Allgemeinen zylindrischen Formen in dieser Reihenfolge
gebildet sind. Düsenlöcher 11 und Düsenlöcher 12 sind an
einem Endabschnitt des ersten Körpers 21 auf der Seite
gegenüber dem zweiten Körper 22 gebildet.
Die Düsenlöcher 11 sind in vorbestimmten
Abständen in einer Umfangsrichtung des ersten Körpers 21 gebildet,
um eine erste Düsenlochgruppe zu bilden. Die Düsenlöcher 12 sind
in vorbestimmten Abständen in einer Umfangsrichtung des
ersten Körpers 21 gebildet, um eine zweite Düsenlochgruppe
zu bilden. Die zweite Düsenlochgruppe ist näher
an einem axialen Zentrum des ersten Körpers 21 als
die erste Düsenlochgruppe gebildet. Die Düsenlöcher 11 und
die Düsenlöcher 12 bringen eine innere
Wand und eine äußere Wand des ersten Körpers 21 in
Verbindung. Die Treibstoffspeicherkammer 71 ist auf Einlassseiten der
Düsenlöcher 11 und der Düsenlöcher 12 des
ersten Körpers 21 gebildet. Ein Ventilsitz 13,
in den die Nadel 3 einrückt, ist auf der inneren
Wand des ersten Körpers 21 nahe den Einlässen
für die Düsenlöcher 11 und die
Düsenlöcher 12 gebildet.
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Die
Treibstoffpassage 70 ist innerhalb des ersten Körpers 21,
des zweiten Körpers 22, des dritten Körpers 23,
des vierten Körpers 24 und des fünften
Körpers 25 gebildet. Die Treibstoffpassage 70 steht
in Verbindung mit einem Common-Rail (nicht gezeigt) durch einen
Einflussanschluss 26, der in dem fünften Körper 25 gebildet
ist. Entsprechend wird Treibstoff, der im Allgemeinen den gleichen Druck
wie der Druck innerhalb des Common-Rail hat, der Treibstoffpassage 70 zugeführt.
Zusätzlich bildet die Treibstoffspeicherkammer 71 die
Treibstoffpassage 70.
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Die
Nadel 3 ist in dem Düsenkörper 2 untergebracht,
um darin hin- und her bewegt zu werden. Die Nadel 3 enthält
eine äußere Nadel 30 und eine innere
Nadel 40. Die äußere Nadel 30 ist
in einer im Allgemeinen zylindrischen Form gebildet, und in ihr
ist die innere Nadel 40 untergebracht. In dem ersten Ausführungsbeispiel
ist die äußere Nadel 30 aus drei Bauteilen
zusammen gesetzt. Genauer ist die äußere Nadel 30 aus
einer ersten äußeren Nadel 31, einer zweiten äußeren
Nadel 32 und einer dritten äußeren Nadel 33 zusammengesetzt,
die in dieser Reihenfolge miteinander in Kontakt sind. Die erste äußere
Nadel 31, die zweite äußere Nadel 32,
und die dritte äußere Nadel 33 sind alle
in einer im Allgemeinen zylindrischen Form gebildet, und sind innerhalb
des ersten Körpers 21, des zweiten Körpers 22 bzw.
des dritten Körpers 23 untergebracht, um sich
darin in ihrer axialen Richtung hin- und herzubewegen.
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Ein
Sitzteil 34, das in den Ventilsitz 13 einrückt,
ist an einem Endabschnitt der ersten äußeren Nadel 31 auf
der Seite des Düsenlochs 11 gebildet. Beim Einrücken
des Sitzteils 34 in den Ventilsitz 13 wird eine
Verbindung zwischen der Treibstoffpassage 70 und den Düsenlöchern 11 geschlossen,
und dadurch wird eine Injektion von Treibstoff durch die Düsenlöcher 11 gestoppt.
Andererseits werden beim Ausrücken des Sitzteils 34 aus
dem Ventilsitz 13 die Treibstoffpassage 70 und
die Düsenlöcher 11 in Verbindung gebracht,
und dadurch wird Treibstoff durch die Düsenlöcher 11 eingespritzt.
In der oben beschriebenen Weise schließt die äußere
Nadel 30 die erste Düsenlochgruppe als ein Ergebnis
des Einrückens des Sitzteils 34 in den Ventilsitz 13,
und öffnet die erste Düsenlochgruppe als ein Ergebnis
des Ausrückens des Sitzteils 34 von dem Ventilsitz 13.
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Ein
Vorsprungsabschnitt 35, der ringförmig radial
nach außen vorspringt, ist auf einem mittleren Abschnitt
der ersten äußeren Nadel 31 in ihrer
axialen Richtung gebildet. Ein Zylinder 15 mit einer im
Allgemeinen zylindrischen Form ist auf einem peripheren Abschnitt
eines Endabschnitts der ersten äußeren Nadel 31 auf
der Seite gebildet, die gegenüber den Düsenlöchern 11 ist.
Ein Endabschnitt des Zylinders 15 ist in Kontakt mit dem
zweiten Körper 22 und der Zylinder 15 führt
die erste äußere Nadel 31, um eine Hin-
und Herbewegung durch den gleitenden Kontakt einer inneren Wand
des Zylinders 15 mit einer äußeren Wand
der ersten äußeren Nadel 31 zu machen.
Eine Feder 16 als ein ”Nadeldrängbauteil” ist
zwischen dem Vorsprungsabschnitt 35 und dem Zylinder 15 bereitgestellt.
Die Feder 16 drängt die erste äußere
Nadel 31 durch Drücken des Vorsprungabschnitts 35 zu
der Seite des Ventilsitzes 13, d. h. in eine Einrückrichtung.
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Die
zweite äußere Nadel 32 ist so gebildet, dass
ihr äußerer Durchmesser und innerer Durchmesser
größer werden von einem mittleren Abschnitt der
Nadel 32 in der axialen Richtung in Richtung eines Endabschnitts
der Nadel 32 auf der Seite gegenüber der ersten äußeren
Nadel 31. Entsprechend hat die zweite äußere
Nadel 32 eine im Allgemeinen ringförmige gestufte
Oberfläche 32a auf ihrer äußeren Wand
und eine im Allgemeinen ringförmige gestufte Oberfläche 32b auf
ihrer inneren Wand. Die innere Nadel 40 ist aus drei Bauteilen
zusammen gesetzt, d. h. einer ersten inneren Nadel 41,
einer zweiten inneren Nadel 42 und einer dritten inneren
Nadel 43, die in dieser Reihenfolge in Kontakt miteinander
stehen. Die erste innere Nadel 41, die zweite innere Nadel 42 und
die dritte innere Nadel 43 sind alle in einer im Allgemeinen
zylindrischen Form gebildet, und jeweils innerhalb der ersten äußeren
Nadel 31, der zweiten äußeren Nadel 32 bzw.
der dritten äußeren Nadel 33 untergebracht,
um sich darin in der axialen Richtung hin- und herzubewegen.
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Ein
Sitzteil 44, das in den Ventilsitz 13 einrückt,
ist an einem Endabschnitt der ersten inneren Nadel 41 auf
der Seite des Düsenlochs 12 gebildet. Beim Einrücken
des Sitzteils 44 in den Ventilsitz 13 wird eine
Verbindung zwischen der Treibstoffpassage 70 und den Düsenlöchern 12 geschlossen,
und dadurch wird eine Treibstoffeinspritzung durch die Düsenlöcher 12 beendet.
Auf der anderen Seite werden beim Ausrücken des Sitzteils 44 aus
dem Ventilsitz 13 die Treibstoffpassage 70 und
die Düsenlöcher 12 verbunden, und dadurch
wird Treibstoff durch die Düsenlöcher 12 eingespritzt.
Auf die oben beschriebene Weise schließt die innere Nadel 40 die
zweite Düsenlochgruppe als ein Ergebnis des Einrückens des
Sitzteils 44 in den Ventilsitz 13 und öffnet
die zweite Düsenlochgruppe als ein Ergebnis des Ausrückens
des Sitzteils 44 aus dem Ventilsitz 13.
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Die
zweite innere Nadel 42 ist so geformt, dass ihr äußerer
Durchmesser von einem mittleren Abschnitt der zweiten inneren Nadel 42 in
die axiale Richtung in Richtung eines Endabschnitt der zweiten inneren
Nadel 42 auf der Seite gegenüber der ersten inneren
Nadel 41 größer wird. Entsprechend hat
die zweite innere Nadel 42 eine im Allgemeinen ringförmige
gestufte Oberfläche 42a auf ihrer äußeren Wand.
Wenn die zweite äußere Nadel 32 sich
in eine Ausrückrichtung bewegt, werden die gestufte Oberfläche 42a und
die gestufte Oberfläche 32b in Kontakt miteinander
gebracht.
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Die
dritte innere Nadel 43 hat an ihrem mittleren Abschnitt
in axialer Richtung auf der der zweiten inneren Nadel 42 gegenüberliegenden
Seite einen Vorsprungsabschnitt 45, der ringförmig
radial nach außen vorspringt. Der Vorsprungsabschnitt 45 ist
in der Gegendruckkammer 72 angeordnet, die durch eine innere
Wand des dritten Körpers 23 und des vierten Körpers 24 definiert
ist. Treibstoff fließt in die Gegendruckkammer 72 von
der Common-Rail über die Treibstoffpassage 70.
Eine Feder 17 als ein „Nadeldrängbauteil” ist
bereitgestellt zwischen dem Vorsprungsabschnitt 45 und
dem vierten Körper 24. Die Feder 17 drängt
die dritte innere Nadel 43 in Richtung der Seite des Ventilsitzes 13 durch
Drücken des Vorsprungabschnitts 45. Entsprechend
werden auch die zweite innere Nadel 42 und die erste innere Nadel 41 zu
der Seite des Ventilsitzes 13 gedrängt. Als ein
Ergebnis wird die innere Nadel 40 durch die Feder 17 in
die Einrückrichtung gedrängt.
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Wie
in 2(A) gezeigt, wird ein im Allgemeinen
zylindrischer Zwischenraum zwischen der ersten äußeren
Nadel 31 und der ersten inneren Nadel 41 definiert.
Das Sitzteil 34 enthält eine Wandfläche 34a und
eine Wandfläche 34b. Die Wandfläche 34a und
die Wandfläche 34b sind beide in einer keilförmigen
Form. Die Wandfläche 34b ist radial auswärts
von der ersten äußeren Nadel 31 mit Bezug
auf die Wandoberfläche 34a angeordnet, und ein
Keilwinkel der Wandfläche 34b ist so gemacht,
dass er von einem Keilwinkel der Wandfläche 34a verschieden
ist. Eine zurückgesetzte Rille 36, die ringförmig radial
innerhalb der ersten äußeren Nadel 31 zurückgesetzt
ist, ist zwischen der Wandfläche 34a und der Wandfläche 34b gebildet.
Die Wandfläche 34a kann einem ”ersten
Kontaktabschnitt” entsprechen, und die Wandfläche 34b kann
einem „zweiten Kontaktabschnitt” entsprechen.
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Wie
in 1 gezeigt, wird eine Niederdruckkammer 91 zwischen
einer inneren Wand des zweiten Körpers 22 und
der zweiten äußeren Nadel 32 gebildet.
Treibstoff, der aus der Treibstoffspeicherkammer 71 des
ersten Körpers 21 herausgeleckt ist, fließt
in die Niederdruckkammer 91 zwischen dem Zylinder 15,
der ersten äußeren Nadel 31 und dem zweiten
Körper 22 durch. Daher ist ein Treibstoffdruck
in der Niederdruckkammer 91 kleiner als ein Treibstoffdruck
in der Treibstoffspeicherkammer 71. Der Treibstoff, der
in die Niederdruckkammer 91 geflossen ist, wird in das äußere
des Treibstoffeinspritzsystems 1 über eine Niederdrucktreibstoffpassage 90 abgelassen,
die innerhalb des zweiten Körpers 22, des dritten
Körpers 23 und des vierten Körpers 24 gebildet
ist. Die Niederdrucktreibstoffpassage 90 ist verbunden
mit einem Treibstofftank (nicht gezeigt). Folglich wird der Treibstoff,
der aus der Treibstoffspeicherkammer 71 herausgeleckt ist,
in den Treibstofftank entladen.
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Eine
Niederdruckkammer 92 ist durch eine innere Wand des dritten
Körpers 23, der dritten äußeren
Nadel 33, der zweiten äußeren Nadel 32 und
des zweiten Körpers 22 definiert. Treibstoff,
der aus der Gegendruckkammer 72 herausgeleckt ist, fließt
in die Niederdruckkammer 92 zwischen der dritten äußeren Nadel 33 und
dem dritten Körper 23 durch. Deswegen ist ein
Treibstoffdruck in der Niederdruckkammer 92 kleiner als
ein Treibstoffdruck in der Gegendruckkammer 72. Der Treibstoff,
der in die Niederdruckkammer 92 geflossen ist, wird in
den Treibstofftank über die Niederdrucktreibstoffpassage 90 abgelassen.
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Der
Kolben 5 ist innerhalb des vierten Körpers 24 und
dem fünften Körper 25 bereitgestellt,
um sich darin hin- und herzubewegen. Der Kolben 5 enthält
einen ersten Kolben 51 und einen zweiten Kolben 52,
der an einer dem ersten Kolben 51 von dem dritten Körper 23 aus
gegenüberliegenden Seite des ersten Kolbens 51 bereitgestellt
ist. Der erste Kolben 51 ist in einer im Allgemeinen zylindrischen
Form gebildet, und enthält einen größeren
Durchmesserabschnitt 53, mit einem großen äußeren
Durchmesser auf der dem zweiten Kolben 52 gegenüberliegenden Seite.
Der zweite Kolben 52 beinhaltet einen Vorsprungsabschnitt 54,
der ringförmig radial nach außen von seinem Endabschnitt
auf der dem ersten Kolben 51 gegenüberliegenden
Seite vorspringt.
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Der
größere Durchmesserabschnitt 53 ist in einem
Raum angeordnet, der zwischen der inneren Wand des vierten Körpers 24 und
dem fünften Körpers 25 definiert ist.
Ein Endabschnitt des ersten Kolbens 51 auf der gegenüberliegenden
Seite des größeren Durchmesserabschnitts 53 und
des zweiten Kolbens 52 sind in einem Raum angeordnet, der durch
eine innere Wand des fünften Körpers 25 definiert
ist. Der Drucksteuerungsraum 81 ist zwischen einer inneren
Wand des zweiten Körpers 22 und der gestuften
Oberfläche 32a der zweiten äußeren
Nadel 32 gebildet. Die Druckbeaufschlagungskammer 82 ist
zwischen dem größeren Durchmesserabschnitt 53 des
ersten Kolbens 51 und einer inneren Wand des vierten Körpers 24 gebildet.
Eine Verbindungspassage 80, die innerhalb des zweiten Körpers 22,
des dritten Körpers 23 und des vierten Körpers 24 gebildet ist,
verbindet zwischen dem Drucksteuerungsraum 81 und der Druckbeaufschlagungskammer 82.
Der Drucksteuerungsraum 81 und die Druckbeaufschlagungskammer 82 können
ein „Treibstoffdrucksteuerungssystem” darstellen.
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Eine
Tellerfeder 18 als ein „Kolbendrängbauteil” ist
in der Druckbeaufschlagungskammer 82 bereitgestellt. Die
Tellerfeder 18 drängt den ersten Kolben 51 in
Richtung der Seite des zweiten Kolbens 52, d. h. in eine
Richtung, in der sich ein Volumen der Druckbeaufschlagungskammer 82 erhöht.
Wenn der erste Kolben 51 durch eine Drängkraft
der Tellerfeder 18 in die Richtung verschoben wird, in
der sich ein Volumen der Druckbeaufschlagungskammer 82 erhöht,
sinkt ein Druck in der Druckbeaufschlagungskammer 82.
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Eine
Verbrennungskammer 93 ist definiert durch eine innere Wand
des fünften Körpers 25, des zweiten Kolbens 52 und
des ersten Kolbens 51. Treibstoff, der aus der Treibstoffspeicherkammer 71 oder
der Gegendruckkammer 72 herausgeleckt ist, fließt
in die Verbrennungskammer 93 über die Niederdruckkammer 91,
die Niederdruckkammer 92, und die Niederdrucktreibstoffpassage 90.
Eine Feder 19 als ein ”Kolbendrängbauteil” ist
in der Verbrennungskammer 93 bereitgestellt. Die Feder 19 drängt den
zweiten Kolben 52 durch Drücken des Vorsprungabschnitts 54 des
zweiten Kolbens 52 an die dem ersten Kolben 51 entgegen
gesetzte Seite.
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Der
Piezotreiber 6 ist als ein ”Treiber” auf
der von dem ersten Kolben 51 entgegen gesetzten Seite des
zweiten Kolbens 52 bereitgestellt. Der Piezotreiber 6 ist
in einer im Allgemeinen zylindrischen Form gebildet, wobei sein
einer Endabschnitt in Kontakt mit dem zweiten Kolben 52 und
der andere Endabschnitt an einer inneren Wand des fünften
Körpers 25 auf der dem Ventilsitz 13 gegenüberliegenden
Seite fixiert ist. Der Piezotreiber 6 enthält
einen Piezostapel 61. Der Piezostapel 61 ist konfiguriert
durch Stapeln von kapazitiven piezoelektrischen Elementen, die sich aufgrund
ihrer Ladung oder Entladung ausdehnen und kontrahieren. Der Piezostapel 61 dehnt
sich in seine axiale Richtung als ein Ergebnis des Anlegens einer
Spannung an den Piezostapel 61 als Reaktion auf einen Befehl
durch die ECU 8 aus, um so den Piezostapel 61 mit
elektrischer Energie zu laden. Wenn die an den Piezostapel 61 angelegte Spannung
reduziert wird, um so elektrische Energie von dem Piezostapel 61 zu
entladen, zieht sich der Piezostapel 61 in der axialen
Richtung zusammen. Die an den Piezotreiber 6 angelegte
Spannung und eine Ausdehnungsmenge des Piezotreibers 6 sind
im Allgemeinen proportional zueinander. Der Piezotreiber 6 hat ein
gutes Antwortverhalten nach dem Anlegen einer Spannung an ihn.
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Wenn
sich der Piezostapel 61 ausdehnt, drückt der Piezotreiber 6 den
Kolben 5 gegen die Drängkraft der Tellerfeder 18 und
der Feder 19 zu der Seite des dritten Körpers 23 hin,
d. h. in eine Richtung, in der ein Volumen der Druckbeaufschlagungskammer 82 abnimmt.
Wenn der Kolben 5 als ein Ergebnis des Drucks durch den
Piezotreiber 6 in die Richtung verschoben wird, in der
ein Volumen der Druckbeaufschlagungskammer 82 abnimmt,
erhöht sich der Druck in der Druckbeaufschlagungskammer 82.
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Eine
Passage 55, die eine Verbindung zwischen der Verbrennungskammer 93 und
der Druckbeaufschlagungskammer 82 herstellt, ist innerhalb des
ersten Kolbens 51 gebildet. Ein Sperrventil 56 ist in
einem mittleren Abschnitt der Passage 55 bereitgestellt.
Das Sperrventil 56 ermöglicht einen Fluss von
Treibstoff von der Verbrennungskammer 93 durch die Passage 55 in
die Druckbeaufschlagungskammer 82, und begrenzt einen Fluss
von Treibstoff von der Druckbeaufschlagungskammer 82 in
die Verbrennungskammer 93. Wenn der Kolben 5 zu
der entgegengesetzten Seite des dritten Körpers 23 durch
die Drängkraft der Tellerfeder 18 und der Feder 19 verschoben
wird, ist der Druck in der Druckbeaufschlagungskammer 82 niedriger
als ein Druck in der Verbrennungskammer 93. Entsprechend
fließt Treibstoff von der Verbrennungskammer 93 über
die Passage 55 in die Druckbeaufschlagungskammer 82. Wenn
der Kolben 5 in Richtung der Seite des dritten Körpers 23 als
ein Ergebnis des Drucks durch den Piezotreibers 6 verschoben
wird, ist ein Ausfluss von Treibstoff von der Druckbeaufschlagungskammer 82 in
die Verbrennungskammer 93 begrenzt, so dass sich der Druck
in der Druckbeaufschlagungskammer 82 erhöht.
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Wie
oben beschrieben, stellt die Verbindungspassage 80 eine
Verbindung zwischen der Druckbeaufschlagungskammer 82 und
dem Drucksteuerungsraum 81 her. Entsprechend fließt
Treibstoff in der Druckbeaufschlagungskammer 82 in den Drucksteuerungsraum 81,
und als eine Konsequenz wird ein Treibstoffdruck in dem Drucksteuerungsraum 81 im
Allgemeinen der gleiche wie ein Treibstoffdruck in der Druckbeaufschlagungskammer 82. Deswegen
erhöht sich der Treibstoffdruck in dem Drucksteuerungsraum 81 gemäß dem
Druck in der Druckbeaufschlagungskammer 82, wenn der Treibstoff
in der Druckbeaufschlagungskammer 82 unter Druck gesetzt
wird.
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Die
ECU 8 als ein ”Steuerungsteil” enthält
einen Mikrocomputer (nicht gezeigt) mit einer zentralen Verarbeitungseinheit
(CPU), einem Lesespeicher (ROM) und einem Schreib-Lese-Speicher
(RAM). Die ECU 8 steuert das Treibstoffeinspritzsystem 1, und
ein Fahrzeug, in dem das Treibstoffeinspritzsystem 1 installiert
ist, als Ganzes, gemäß einem Programm das in dem
ROM aufgezeichnet ist. Der Piezotreiber 6 ist mit der ECU 8 verbunden.
Ein Common-Rail Drucksensor, ein Beschleunigungssensor, ein Kurbelwinkelsensor,
und ein Wassertemperatursensor, die nicht gezeigt sind, können
mit der ECU 8 verbunden sein. Die ECU 8 fungiert
als eine „Geschwindigkeitsreduziereinrichtung”.
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Die
ECU 8 sagt eine Last des Motors basierend auf Erfassungssignalen
von dem Beschleunigungssensor, dem Kurbelwinkelsensor, dem Wassertemperatursensor
und ähnlichem voraus. Dann berechnet die ECU 8 basierend
auf der vorhergesagten Motorlast eine Treibstoffmenge, die dem Motor
zugeführt werden soll. Die ECU 8 erfasst einen
Common-Rail Druck mit einer vorbestimmten Periode durch den Common-Rail
Drucksensor und basierend auf der berechneten Treibstoffmenge stellt
sie einen Fluss von Treibstoff ein, der an die Common-Rail von dem
Treibstofftank bereitgestellt wird, damit der Common-Rail Druck
einen vorbestimmten Druck erreichen kann. Parallel dazu stellt die
ECU 8 eine vorbestimmte Menge Treibstoff an den Motor durch
Einstellen einer Ventilöffnungszeit des Treibstoffeinspritzsystems 1 zur
Verfügung.
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Das
Treibstoffeinspritzsystem 1 spritzt Treibstoff in jeden
Zylinder des Motors als Reaktion auf ein elektrisches Steuersignal
von der ECU 8 ein. Genauer dehnt sich der Piezotreiber 6 des
Treibstoffeinspritzsystems 1 beim Anlegen einer Spannung
basierend auf dem Steuerungssignal durch die ECU 8 aus, und
entsprechend werden die Druckbeaufschlagungskammer 82 und
der Drucksteuerungsraum 81 durch den Kolben 5 unter
Druck gesetzt, um so die Nadel 3 in die Ausrückungsrichtung
zu bewegen. Als ein Ergebnis werden die Düsenlöcher
des Treibstoffeinspritzsystems 1 geöffnet, so
dass Treibstoff durch die Düsenlöcher eingespritzt
wird.
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Wie
oben beschrieben, sagt die ECU 8 die Motorlast unter Verwendung
des Erfassungssignals von jedem Sensor vorher, und die ECU 8 speichert basierend
auf der vorhergesagten Last in dem RAM eine Korrelation zwischen
einer Pulsbreite und einer Anstiegszeit eines Pulses, der einen
Injektionspuls als ein Steuersignal erzeugt, und einem Betriebszustand
als ein Kennfeld, damit das Treibstoffeinspritzsystem 1 eine
optimale Solleinspritzmenge von Treibstoff zum optimalen Solleinspritzzeitpunkt
einspritzen kann. Zur Zeit eines normalen Betriebs steuert die ECU 8 das
Treibstoffeinspritzsystem 1 auf Grundlage der Kennfelds,
um eine Treibstoffmenge entsprechend der Motorlast in den Zylinder
des Motors aus dem Treibstoffeinspritzsystem 1 einzuspritzen.
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Eine
Entsprechungsbeziehung zwischen der an den Piezotreiber 6 angelegten
Spannung und der Ausdehnungsmenge des Piezotreibers 6 ist
als Eigenschaftsdaten in dem RAM gespeichert. Weil der Treibstoffdruck
in dem Drucksteuerungsraum 81 im Allgemeinen proportional
zu der Ausdehnungsmenge des Piezotreibers 6 ist, schätzt
die ECU 8 eine Hubmenge der äußeren Nadel 30 und
der inneren Nadel 40 basierend auf einem Wert der an den
Piezotreiber 6 angelegten Spannung. Entsprechend schätzt
die ECU 8 zum Beispiel Abstände der äußeren
Nadel 30 und der inneren Nadel 40 von dem Ventilsitz 13 entsprechend
dem Wert der an den Piezotreiber 6 angelegten Spannung.
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Arbeitsweisen
des Treibstoffeinspritzsystems 1 werden nun beschrieben.
Wie in 1 gezeigt, ist der Piezostapel 61 zusammengezogen, wenn
der Piezostapel 61 nicht geladen ist. Währenddessen
ist die erste äußere Nadel 31 in den
Ventilsitz 13 durch die Drängkraft der Feder 16 eingerückt.
Die erste innere Nadel 41 ist in den Ventilsitz 13 durch
die Drängkraft der Feder 17 eingerückt.
Entsprechend ist eine Verbindung zwischen der Treibstoffspeicherkammer 71 und
den Düsenlöchern 11 und eine Verbindung
zwischen der Treibstoffspeicherkammer 71 und den Düsenlöchern 12 geschlossen,
so dass eine Injektion von Treibstoff durch die Düsenlöcher 11 und die
Düsenlöcher 12 gestoppt ist. Indessen
wird der Treibstoffdruck in der Gegendruckkammer 72 an
eine Endfläche 33a der dritten äußeren
Nadel 33 angelegt. Als ein Ergebnis werden die dritte äußere
Nadel 33, die zweite äußere Nadel 32 und
die erste äußere Nadel 31 in Richtung
der Seite des Ventilsitzes 13 gedrängt.
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Wenn
ein Laden des Piezostapels 61 beim Anlegen einer Spannung
an den Piezotreiber 6 basierend auf dem Steuerungssignal
durch die ECU 8 gestartet wird, dehnt sich der Piezostapel 61 in
der axialen Richtung aus. Entsprechend drückt der Piezotreiber 6 den
Kolben 5 gegen die Drängkraft der Tellerfeder 18 und
der Feder 19 in Richtung der Seite des dritten Körpers 23,
d. h. in die Richtung, in der ein Volumen der Druckbeaufschlagungskammer 82 abnimmt.
Als ein Ergebnis wird Treibstoff in der Druckbeaufschlagungskammer 82 unter
Druck gesetzt. Wenn der Treibstoff in der Druckbeaufschlagungskammer 82 unter
Druck gesetzt wird, erhöht sich der Druck in dem Drucksteuerungsraum 81,
der mit der Druckbeaufschlagungskammer 82 durch die Verbindungspassage 80 in
Verbindung steht. Der Treibstoffdruck in dem Drucksteuerungsraum 81 ist
an die gestufte Oberfläche 32a der zweiten äußeren
Nadel 32 angelegt. Wenn der an die gestufte Fläche 32a angelegte
Druck den an die Endfläche 33a der dritten äußeren
Nadel 33 angelegten Druck übersteigt, werden die
zweite äußere Nadel 32 und die dritte äußere
Nadel 33 zu der Seite, die dem Ventilsitz 13 entgegengesetzt
ist, hochgehoben. Daher wird eine Verbindungskraft zwischen der
zweiten äußeren Nadel 32 und der ersten äußeren
Nadel 31 erzeugt. Entsprechend wird die erste äußere
Nadel 31 bis zu der Seite, die entgegengesetzt zu dem Ventilsitz 13 ist,
gegen die Drängkraft der Feder 16 zusammen mit
der zweiten äußeren Nadel 32 angehoben.
Deswegen rückt die erste äußere Nadel 31 aus
dem Ventilsitz 13 aus, und dadurch sind die Treibstoffspeicherkammer 71 und
die Düsenlöcher 11 miteinander verbunden. Als
ein Ergebnis wird Treibstoff durch die Düsenlöcher 11 eingespritzt.
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Wenn
die an den Piezotreiber 6 angelegte Spannung weiter erhöht
wird, erhöht sich der Treibstoffdruck in dem Drucksteuerungsraum 81,
so dass die zweite äußere Nadel 32 weiter
zu der dem Ventilsitz 13 entgegengesetzten Seite verschoben
wird. Wenn sich die zweite äußere Nadel 32 zu
der dem Ventilsitz 13 entgegengesetzten Seite bewegt, wird die
gestufte Oberfläche 32b der zweiten äußeren
Nadel 32 in Kontakt mit der gestuften Fläche 42a der zweiten
inneren Nadel 42 gebracht. Wenn der Treibstoffdruck in
dem Drucksteuerungsraum 81 weiter steigt, wobei die gestufte
Fläche 32b in Kontakt mit der gestuften Fläche 42a ist,
werden die zweite äußere Nadel 32 und
die zweite innere Nadel 42 zu der Seite, die dem Ventilsitz 13 gegenüberliegt,
gegen die Drängkraft der Feder 17 angehoben. Daher
wird die innere Nadel 41 zusammen mit der zweiten inneren
Nadel 42 aufgrund der Erzeugung einer Verbindungskraft
zwischen der zweiten inneren Nadel 42 und der ersten inneren
Nadel 41 zu der Seite, die entgegengesetzt zu dem Ventilsitz 13 ist,
angehoben. Entsprechend rückt die erste innere Nadel 41 aus dem
Ventilsitz 13 aus, so dass die Treibstoffspeicherkammer 71 und
die Düsenlöcher 12 miteinander verbunden
sind. Als ein Ergebnis wird Treibstoff durch die Düsenlöcher 12 eingespritzt.
In diesem Zustand wird Treibstoff durch die erste Düsenlochgruppe,
die die Düsenlöcher 11 enthält,
und die zweite Düsenlochgruppe, die die Düsenlöcher 12 enthält,
eingespritzt.
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Wenn
danach ein elektrisches Entladen des Piezostapels 61 aufgrund
eines Abnehmens der an den Piezotreiber 6 angelegten Spannung
gestartet wird, zieht sich der Piezostapel 61 in der axialen Richtung
zusammen.
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Entsprechend
wird eine Kraft, um den Kolben 5 durch den Piezotreiber 6 zu
drücken, reduziert. Deswegen wird der Kolben 5 durch
die Drängkraft der Tellerfeder 18 und der Feder 19 zu
der dem Ventilsitz 13 gegenüberliegenden Seite
verschoben. Daher bewegt sich der erste Kolben 51 in die
Richtung, in der sich ein Volumen der Druckbeaufschlagungskammer 82 erhöht.
Als ein Ergebnis sinkt der Treibstoffdruck in der Druckbeaufschlagungskammer 82, und
Treibstoff fließt von der Verbrennungskammer 93 durch
die Verbindungspassage 80 in die Druckbeaufschlagungskammer 82.
Wenn der Treibstoffdruck in der Druckbeaufschlagungskammer 82 abnimmt,
wird auch der Treibstoffdruck in dem Drucksteuerungsraum 81 reduziert,
der mit der Druckbeaufschlagungskammer 82 in Verbindung
steht. Wenn die an die gestufte Fläche 32a der
zweiten äußeren Nadel 32 angelegte Kraft
kleiner wird als eine Summe eines Treibstoffdrucks in der Gegendruckkammer 72 der Drängkraft
der Feder 17 und der Drängkraft der Feder 16,
die an die Endfläche 33a der dritten äußeren Nadel 33 angelegt
sind, wird die innere Nadel zusammen mit der äußeren
Nadel 30 wegen der Reduktion des Treibstoffdrucks in dem
Drucksteuerungsraum 81 in die Einrückrichtung
verschoben. Dann rückt die erste innere Nadel 41 in
den Ventilsitz 13 ein, so dass ein Einspritzen von Treibstoff
durch die Düsenlöcher 12 gestoppt ist.
Dabei kann ein Gleiten zwischen dem Ventilsitz 13 und dem
Sitzteil 44 der ersten inneren Nadel 41 verursacht
werden.
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Wenn
der Treibstoffdruck in dem Drucksteuerungsraum 81 weiter
reduziert wird, wobei die erste innere Nadel 41 in den
Ventilsitz 13 eingerückt ist, rückt die
gestufte Fläche 32b der zweiten äußeren Nadel 32 von
der gestuften Fläche 42a der zweiten inneren Nadel 42 aus,
und die äußere Nadel 30 wird weiter in
die Einrückrichtung verschoben. Dann rückt die
erste äußere Nadel 31 in den Ventilsitz 13 ein, und
dabei wird eine Einspritzung von Treibstoff durch die Düsenlöcher 11 gestoppt.
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In
dem ersten Ausführungsbeispiel werden in der oben beschriebenen
Weise durch Anpassen der an den Piezotreiber 6 angelegten
Spannung die äußere Nadel 30 und die
innere Nadel 40 in einer stufenweisen Art angehoben, so
dass die Düsenlöcher 11 und die Düsenlöcher 12 geöffnet
bzw. geschlossen werden. Entsprechend wird ein atomisiertes Treibstoffspray
in den Zylinder des Motors eingespritzt, selbst wenn eine Treibstoffeinspritzmenge klein
ist. Außerdem wird in dem ersten Ausführungsbeispiel
die Wandfläche 34a als der ”erste Kontaktabschnitt” in
Kontakt mit dem Ventilsitz 13 gebracht, wenn die erste äußere
Nadel 31 von einer ausgerückten Position zu einer
eingerückten Position verschoben wird, wie in 2(A) gezeigt. Wenn die erste äußere
Nadel 31 weiter in die Einrückrichtung verschoben
wird, wie in 2(B) gezeigt, biegt sich
ein Endabschnitt der ersten äußeren Nadel 31 auf
der Seite der Wandfläche 34a radial nach innen,
wobei die Wandfläche 34a der ersten äußeren
Nadel 31 in Kontakt mit dem Ventilsitz 13 gleitet.
Entsprechend wird die Wandfläche 34b als der ”zweite
Kontaktabschnitt” in Kontakt mit dem Ventilsitz 13 gebracht,
um so die Düsenlöcher 11 mit der Wandfläche 34a zusammenzuschließen. 2(B) stellt einen Zustand dar, in dem
der Sitzteil 34 der ersten äußeren Nadel 31 die
Düsenlöcher 11 schließt und
dadurch die Verschiebung der ersten äußeren Nadel 31 in
der Einrückrichtung gestoppt ist, d. h. ein Einrückzustand der
ersten äußeren Nadel 31. Zusätzlich
zeigt eine gestrichelte Linie in 2(B) eine
Position der ersten äußeren Nadel 31 in 2(A) an. Während der Verschiebung
der äußeren Nadel von der ausgerückten Position
zu der eingerückten Position biegt sich die äußere
Nadel selbst, wobei sie mit Bezug auf den Ventilsitz nach ihrem ”ersten
Kontaktabschnitt” oder ”zweiten Kontaktabschnitt” zum
Anlegen mit dem Ventilsitz gebracht wird. Entsprechend ist die äußere Nadel
in Kontakt mit dem Ventilsitz an zwei Stellen, d. h. dem ”ersten
Kontaktabschnitt” und ”zweiten Kontaktabschnitt”,
um so die erste Düsenlochgruppe zu schließen.
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In
der oben beschriebenen Weise wird als ein Ergebnis des Einrückens
der äußeren Nadel 30 und der inneren
Nadel 40 in den Ventilsitz 13 die Treibstoffpassage 70,
die in Verbindung mit der ersten Düsenlochgruppe und der
zweiten Düsenlochgruppe steht, geschlossen, und entsprechend
wird die Treibstoffeinspritzung durch die erste Düsenlochgruppe
und die zweite Düsenlochgruppe beendet. Als nächstes
wird ein Antriebssteuerungsprozess für die Nadel 3 durch
die ECU 8 mit Bezug auf 3 und 4 beschrieben.
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Ein
Fluss des Antriebssteuerungsprozesses für die Nadel 3,
der in 3 gezeigt ist, wird zu der Betriebsstartzeit des
Fahrzeugs gestartet, d. h. wenn z. B. ein Fahrer des Fahrzeugs einen
Zündschlüssel des Fahrzeugs dreht. Der Antriebssteuerungsprozess
für die Nadel 3 ist temporär durch Durchführen einer
Serie von Prozeduren in 3 beendet. Nachdem der Prozess
beendet ist, wird der Antriebssteuerungsprozess wieder von dem oberen
Ende des Prozesses gestartet. Wenn der Antriebssteuerungsprozess
für die Nadel 3 gestartet ist, führt
die ECU 8 als erstes einen Schritt 101 (”Schritt” wird
im Weiteren weggelassen und der Einfachheit halber durch ein Symbol ”S” angezeigt)
durch.
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In
S101 bestimmt die ECU 8, ob die an den Piezotreiber 6 angelegte
Spannung (im Weiteren der Einfachheit halber als ”angelegte
Spannung” bezeichnet) mit vorrückender Zeit abnimmt,
d. h. ob ein Gradient der angelegten Spannung negativ ist. Wenn festgestellt
wird, dass der Gradient der angelegten Spannung negativ ist (S101:
JA), geht die Steuerung weiter zu S102. Wenn festgestellt wird,
dass der Gradient der angelegten Spannung nicht negativ ist (S101:
NEIN), kehrt die Steuerung zurück zu S101. Genauer wird
S101 wiederholt durchgeführt, wenn der Gradient der angelegten
Spannung 0 (Null) oder positiv ist.
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Der
obige Prozess wird unten mit Bezug auf 4 erklärt.
In 4 zeigt L1 eine Änderung der angelegten
Spannung mit dem Zeitablauf an. L2 zeigt eine Nadelhubmenge der äußeren
Nadel 30, d. h. eine Änderung eines Abstands der äußeren
Nadel 30 von der eingerückten Position über
die Zeit an. L3 zeigt eine Nadelhubmenge der inneren Nadel 40,
d. h. eine Änderung eines Abstands der inneren Nadel 40 von
der eingerückten Position über die Zeit an.
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Wenn
die angelegte Spannung von der Zeit t1 zur Zeit t2 wächst,
erhöht sich der Treibstoffdruck in dem Treibstoffsteuerungsraum 81 entsprechend, so
dass sich die äußere Nadel 30 in die
Ausrückrichtung bewegt. Entsprechend wird ein Einspritzen
von Treibstoff durch die erste Düsenlochgruppe begonnen.
Von Zeit t2 zur Zeit t3 ist die angelegte Spannung konstant, und
der Abstand der äußeren Nadel 30 von
der eingerückten Position ist auch konstant. Daher wird
das Einspritzen von Treibstoff durch die erste Düsenlochgruppe
fortgesetzt. Entsprechend bewegt sich die innere Nadel 40 in
die Ausrückrichtung zusammen mit der äußeren
Nadel 30, wenn die angelegte Spannung von Zeit t3 zur Zeit
t4 wächst. Als ein Ergebnis wird auch ein Einspritzen von
Treibstoff durch die zweite Düsenlochgruppe gestartet. Von
Zeit t4 zur Zeit t5 ist die angelegte Spannung konstant, und Abstände
der äußeren Nadel 30 und der inneren
Nadel 40 von ihren ausgerückten Positionen sind
auch konstant. Inzwischen wird die Treibstoffeinspritzung durch
die erste Düsenlochgruppe und die zweite Düsenlochgruppe
fortgesetzt. Wenn die angelegte Spannung von Zeit t5 zur Zeit t6
abnimmt, wird der Treibstoffdruck in dem Drucksteuerungsraum 81 entsprechend
reduziert, so dass sich die äußere Nadel 30 und
die innere Nadel 40 in die Einrückrichtung bewegen.
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Weil
der Gradient der angelegten Spannung positiv oder 0 (Null) zwischen
der Zeit t1 bis zur Zeit t5 ist, wird S101 wiederholt durch die
ECU 8 durchgeführt. Weil der Gradient der angelegten
Spannung negativ nach der Zeit t5 ist, wird der Prozess durch die
ECU 8 mit Schritt S102 fortgesetzt. In Schritt S102 bestimmt
die ECU 8, ob die angelegte Spannung gleich oder kleiner
als ein Schwellwert V1 ist. Wenn bestimmt wird, dass die anlegte
Spannung gleich oder kleiner als der Schwellwert V1 ist (S102: JA),
fährt die Steuerung mit S103 fort. Wenn bestimmt wird,
dass die angelegte Spannung nicht gleich oder kleiner als der Schwellwert
V1 ist, d. h. dass die angelegte Spannung größer
als V1 ist (S102: NEIN), kehrt die Steuerung zu S102 zurück. Mit
anderen Worten wird S102 wiederholt durchgeführt, solange
die angelegte Spannung höher als der Schwellwert V1 ist.
Der Schwellwert V1 ist ein Wert der angelegten Spannung zu der Zeit
direkt bevor die innere Nadel 40 den Ventilsitz 13 kontaktiert.
Der Schwellwert V1 wird basierend auf einem Abstand der inneren
Nadel 40 von der eingerückten Position entsprechend
zu der angelegten Spannung eingestellt, die aus Eigenschaftsdaten
geschätzt wird, die eine Beziehung zwischen der angelegten
Spannung und der Nadelhubmenge angeben, die in dem RAM gespeichert
ist.
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In
S103 erhöht die ECU 8 die angelegte Spannung instantan.
Entsprechend macht der Piezotreiber 6, der in der Mitte
seiner Kontraktion ist, den Übergang zur Ausdehnungsbewegung.
Entsprechend erhöht sich der Treibstoffdruck in dem Drucksteuerungsraum 81,
der bis dahin abnahm, so dass die innere Nadel 40 zusammen
mit der äußeren Nadel 30 in die Ausrückrichtung
gedrängt wird. Als ein Ergebnis ändert sich eine
Bewegungsgeschwindigkeit der inneren Nadel 40 in der Einrückrichtung.
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Wenn
zum Beispiel zur Zeit t6 (zu der Zeit direkt bevor die innere Nadel 40 in
Kontakt mit dem Ventilsitz 13 gebracht wird) bestimmt wird,
dass die angelegte Spannung eine Spannung gleich oder kleiner als
der Schwellwert V1 erreicht hat (S102: JA), wie durch L1 in 4 angezeigt,
erhöht die ECU 8 die angelegte Spannung (S103).
Entsprechend ändern sich die Bewegungsgeschwindigkeiten
der äußeren Nadel 30 und der inneren
Nadel 40 in der Einrückrichtung, wie es von L2
und L3 evident ist. Genauer ist eine Bewegungsgeschwindigkeit der
inneren Nadel 40 nach der Zeit t6 kleiner als die Bewegungsgeschwindigkeit
vor der Zeit t6. Als ein Ergebnis ist ein Aufprall, wenn die innere
Nadel 40 in Kontakt mit dem Ventilsitz 13 gebracht
wird, abgeschwächt. Nach S103 fährt die Steuerung
fort mit S104.
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In
S104 hält die ECU 8 die angelegte Spannung für
eine vorbestimmte Periode konstant, und danach reduziert die ECU 8 allmählich
die angelegte Spannung, bis die innere Nadel 40 in der
eingerückten Position positioniert ist (Zeit t9). Wie in
L1 in 4 angezeigt, wird die angelegte Spannung von der
Zeit t7 bis zur Zeit t8 konstant gehalten und die angelegte Spannung
wird allmählich von Zeit t8 bis zur Zeit t9 reduziert.
Wie oben beschrieben, ändert die ECU 8 einen Kontraktionsprozentsatz
des Piezotreibers 6 pro Zeiteinheit durch Ändern
einer Steigung einer Reduktion der angelegten Spannung zwischen
einer Periode von der Zeit t5 bis zur Zeit t6 und einer Periode
von der Zeit t6 zur Zeit t9. Aus diesem Grund ist eine Bewegungsgeschwindigkeit
der inneren Nadel 40 in der Einrückrichtung in
der Periode von Zeit t6 bis Zeit t9 kleiner als eine Bewegungsgeschwindigkeit
in der Periode von Zeit t5 zu der Zeit t6. Deswegen funktioniert
die ECU 8 als die ”Geschwindigkeitsreduziereinrichtung”.
Entsprechend wird eine Gleitgeschwindigkeit der inneren Nadel 40 in
einer Periode, bis die innere Nadel 40 in der Einrückposition
positioniert ist (Zeit t9), nachdem die innere Nadel 40 den
Ventilsitz 13 kontaktiert hat (direkt nach der Zeit t6),
reduziert. Nach S104 fährt die Steuerung nach S105 fort.
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In
S105 bestimmt die ECU 8, ob die angelegte Spannung gleich
oder kleiner als ein Schwellwert V2 ist. Wenn bestimmt wird, dass
die angelegte Spannung gleich oder kleiner als der Schwellwert V2 ist
(S105: JA) fährt die Steuerung mit S106 fort. Wenn die
ECU 8 bestimmt, dass die angelegte Spannung nicht gleich
oder kleiner als der Schwellwert V2 ist, d. h. dass die angelegte
Spannung größer als V2 ist, (S105: NEIN), kehrt
die Steuerung zu S105 zurück. Mit anderen Worten wird S105
wiederholt durchgeführt, solange die angelegte Spannung
als der Schwellwert V2 ist. Der Schwellwert V2 ist ein Wert der
angelegten Spannung zu der Zeit direkt bevor die äußere
Nadel 30 den Ventilsitz 13 kontaktiert. Ähnlich wie
der Schwellwert V1, ist der Schwellwert V2 basierend auf einem Abstand
der äußeren Nadel 30 von der eingerückten
Position, der der angelegten Spannung entspricht, eingestellt, was
aus Eigenschaftsdaten geschätzt wird, die eine Beziehung
zwischen der angelegten Spannung und der Nadelhubmenge angibt, die
in dem RAM gespeichert ist.
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Ähnlich
wie das Verarbeiten in S103 erhöht die ECU 8 in
S106 die angelegte Spannung instantan. Entsprechend macht der Piezotreiber 6,
der in der Mitte seiner Kontraktion ist, den Übergang zur Ausdehnungsbewegung.
Als ein Ergebnis ändert sich die Bewegungsgeschwindigkeit
der äußeren Nadel 30 in der Einrückrichtung.
Weil die innere Nadel 40 in der Einrückposition
zu der Zeit t9 positioniert ist, wie durch L1 in 4 angezeigt,
wird ein Einspritzen von Treibstoff durch die zweite Düsenlochgruppe
gestoppt. Nach der Zeit t9 wird Treibstoff nur durch die erste Düsenlochgruppe
eingespritzt. Die angelegte Spannung wird nach der Zeit t10 reduziert,
und wenn zu der Zeit t11 (direkt bevor die äußere
Nadel 30 zum Anlegen mit dem Ventilsitz 13 gebracht
wird) bestimmt wird, dass die angelegte Spannung den Schwellwert
V2 oder weniger erreicht hat (S105: JA), erhöht die ECU 8 die
angelegte Spannung (S106). Als Konsequenz ist aus L2 und L3 evident,
dass sich die Bewegungsgeschwindigkeit der äußeren
Nadel 30 in der Einrückrichtung ändert.
Genauer wird die Bewegungsgeschwindigkeit der äußeren
Nadel 30 nach der Zeit t11 kleiner gemacht als die Bewegungsgeschwindigkeit
vor der Zeit t11. Als ein Ergebnis wird ein Aufprall, wenn die äußere
Nadel 30 in Kontakt mit dem Ventilsitz 13 gebracht
wird, geschwächt. Nach S106 fährt die Steuerung
fort mit S107.
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In
Schritt S107 hält die ECU 8 die angelegte Spannung
für eine vorbestimmte Periode konstant, und danach reduziert
die ECU 8 allmählich die angelegte Spannung, bis
die äußere Nadel 30 in der eingerückten
Position positioniert ist (Zeit t14). Wie in L1 in 4 gezeigt,
wird die angelegte Spannung von Zeit t12 bis zur Zeit t13 konstant
gehalten, und die angelegte Spannung wird von Zeit t13 zur Zeit
t14 allmählich reduziert. Wie oben beschrieben, ändert
die ECU 8 einen Kontraktionsprozentsatz des Piezotreibers 6 pro
Zeiteinheit durch Ändern einer Steigung einer Reduktion
der angelegten Spannung zwischen einer Periode von Zeit t10 zur
Zeit t11 und einer Periode von Zeit t11 zur Zeit t14. Aus diesem
Grund ist eine Bewegungsgeschwindigkeit der äußeren
Nadel 30 in der Einrückrichtung in der Periode
von der Zeit t11 zur Zeit t14 kleiner als eine Bewegungsgeschwindigkeit
in der Periode von Zeit t10 zur Zeit t11. Daher wirkt die ECU 8 als
die ”Geschwindigkeitsreduzierungseinrichtung”.
Entsprechend wird eine Gleitgeschwindigkeit der äußeren
Nadel 30 in einer Periode bis die äußere
Nadel 30 in der eingerückten Position positioniert
ist (Zeit t14), nachdem die äußere Nadel 30 den
Ventilsitz 13 kontaktiert hat (direkt nach Zeit t11), reduziert.
Genauer wird eine Gleitgeschwindigkeit des Sitzteils 34 in
einer Periode von einer Position, zu der die Wandfläche 34a (erster
Kontaktabschnitt) der ersten äußeren Nadel 31 den
Ventilsitz 13 kontaktiert (siehe 2(A))
bis die Wandfläche 34b als dem zweiten Kontaktabschnitt
den Ventilsitz 13 kontaktiert, und dadurch die äußere
Nadel 30 an der eingerückten Position positioniert
wird (siehe 2(B)), reduziert.
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Zusätzlich
wird eine Periode (Periode von Zeit t11 bis zur Zeit t14), in der
die angelegte Spannung instantan erhöht, dann die angelegte
Spannung konstant gehalten und danach die angelegte Spannung allmählich
reduziert wird, bis die äußere Nadel 30 in
der eingerückten Position in S106 und S107 positioniert
ist, länger eingestellt, als eine Periode (Periode von
Zeit t6 zur Zeit t9), in der die angelegte Spannung instantan erhöht,
dann die angelegte Spannung konstant gehalten, und danach die angelegte
Spannung allmählich reduziert wird, bis die innere Nadel 40 in
der eingerückten Position in Schritt S103 und S104 positioniert
ist. Mit anderen Worten steuert die ECU 8 den Piezotreiber 6 so,
dass eine Steigung einer Abnahme der Bewegungsgeschwindigkeit der äußeren
Nadel 30 in der Einrückrichtung größer
als eine Steigung einer Abnahme der Bewegungsgeschwindigkeit der
inneren Nadel 40 in der Einrückrichtung ist.
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Wenn
die äußere Nadel 30 zur Zeit t14 in den Ventilsitz 13 einrückt,
wird eine Treibstoffeinspritzung durch die erste Düsenlochgruppe
gestoppt. Entsprechend endet die Treibstoffeinspritzung von dem Treibstoffeinspritzsystem 1.
Wenn der Prozess in S107 vollständig ist, ist der Antriebssteuerungsprozess
für die Nadel 3 beendet. Danach wird der Antriebssteuerungsprozess
für die Nadel 3, der in 3 gezeigt
ist, wieder gestartet, und dadurch wird der Prozess in S101 durchgeführt,
damit die ECU 8 fortfährt, die Antriebssteuerung
der Nadel 30 durchzuführen.
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Wenn,
wie oben beschrieben, in dem ersten Ausführungsbeispiel
die äußere Nadel 30 und die innere Nadel 40 von
der ausgerückten zu der eingerückten Position
verschoben werden, wird eine Steuerung durchgeführt, um
ihren Aufprall gegen den Ventilsitz 13 zu Puffern, und
ferner wird die Steuerung durchgeführt, um ihre Bewegungsgeschwindigkeiten
zu reduzieren, wenn sie zu ihren eingerückten Positionen
gleiten, nachdem sie in Kontakt mit dem Ventilsitz 13 gebracht
worden sind. In dem ersten Ausführungsbeispiel funktioniert
die ECU 8 als die ”Geschwindigkeitsreduziereinrichtung” zum
Reduzieren einer Bewegungsgeschwindigkeit der Nadel 3 in die
Einrückrichtung durch Ändern des Kontraktionsprozentsatzes
des Piezotreibers 6 pro Zeiteinheit durch die Änderung
einer Steigung einer Abnahme der angelegten Spannung an dem Piezotreiber 6 während
der Verschiebung der Nadel 3 von der ausgerückten
Position zu der eingerückten Position. Als ein Ergebnis
wird eine Geschwindigkeit der Nadel 3, wenn die Nadel 3 zum
Anlegen mit dem Ventilsitz 13 gebracht wird, oder eine
Gleitgeschwindigkeit der Nadel 3, nachdem die Nadel 3 in
Kontakt mit dem Ventilsitz 13 gebracht wurde, reduziert.
Als Konsequenz ist der Aufprall, wenn die Nadel 3 zum Anlegen mit
dem Ventilsitz 13 gebracht wird, abgeschwächt, oder
ein Abnutzen der Nadel 3 und des Ventilsitzes 13 ist
gemildert. Entsprechend ist eine zeitabhängige Änderung
des Treibstoffeinspritzsystems 1, wie zum Beispiel Ventilöffnungszeitpunkte
oder Ventilöffnungszeiten aufgrund des Abriebs der äußeren
Nadel 30 und der inneren Nadel 40, die die Nadel 3 bilden,
und des Ventilsitzes 13 eingeschränkt. Daher ist eine
Verschlechterung der Einspritzleistung des Treibstoffeinspritzsystems 1 mit
dem Zeitablauf unterdrückt.
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In
dem ersten Ausführungsbeispiel steuert die ECU 8 den
Piezotreiber 6 so, dass eine Steigung einer Abnahme in
der Bewegungsgeschwindigkeit der äußeren Nadel 30 in
der Einrückrichtung größer als eine Steigung
einer Abnahme in der Bewegungsgeschwindigkeit der inneren Nadel 40 in
der Einrückrichtung ist. Entsprechend ist der Aufprall
der äußeren Nadel 30 auf den Ventilsitz 13 oder
die Abnutzung der äußeren Nadel 30 effektiv
eingeschränkt. Insbesondere hat die Nadel 30 aufgrund
ihrer zylindrischen Form eine geringe Stärke verglichen
mit der inneren Nadel 40, und die äußere
Nadel 30 hat eine große Gleitmenge, nachdem sie
den Ventilsitz 13 kontaktiert hat. Aus diesem Grunde ist
in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die zeitabhängige Änderung
wie zum Beispiel ein Ventilöffnungszeitpunkt oder eine
Ventilöffnungszeit wegen der Abnutzung der äußeren
Nadel 30 effektiv gedämpft, und dadurch wird die
Verschlechterung der Einspritzleistung des Treibstoffeinspritzsystems 1 mit
dem Zeitablauf verhindert.
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In
dem ersten Ausführungsbeispiel ändert die ECU 8 die
Bewegungsgeschwindigkeit der Nadel 3 in der Einrückrichtung
während der Verschiebung der Nadel 3 von der Ausrückposition
zu der Einrückposition an dem Punkt direkt bevor die Nadel 3 in Kontakt
mit dem Ventilsitz 13 gebracht wird, durch Erhöhen
der angelegten Spannung an den Piezotreiber 6, um so den
Piezotreiber 6 an diesem Punkt auszudehnen. Dadurch ist
die Bewegungsgeschwindigkeit der Nadel 3 nach dem oben
beschriebenen Punkt kleiner als die Bewegungsgeschwindigkeit der
Nadel 3 vor dem oben beschriebenen Punkt. Entsprechend ist
der Aufprall, wenn die Nadel 3 zum Anlegen an den Ventilsitz 13 gebracht
wird, geschwächt. Dadurch ist ein Schaden oder eine Abnutzung
der Nadel 3 effektiv eingegrenzt.
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Ferner
ist ein Treiber des Treibstoffeinspritzsystems nach dem ersten Ausführungsbeispiel
der Piezotreiber 6, der durch Stapeln von mehr als einem piezoelektrischen
Element gemacht ist. Der Piezotreiber 6 hat die Eigenschaft,
dass der Piezotreiber 6 sich proportional zu der angelegten
Spannung ausdehnt, und der Piezotreiber 6 hat ein hohes
Antwortverhalten zu der angelegten Spannung. Deswegen steuert die
ECU 8 den Betrieb des Piezotreibers 6 mit einem
hohen Grad an Genauigkeit. Entsprechend wird die Bewegungsgeschwindigkeit
mit einem vorbestimmten Zeitablauf und einer hohen Genauigkeit reduziert,
wenn die ECU 8 die Bewegungsgeschwindigkeit der Nadel 3 in
der Einrückrichtung reduziert. Als ein Ergebnis wird der
Schaden oder die Abnutzung der Nadel 3, wenn die Nadel 3 sich
von der ausgerückten Position zu der eingerückten
Position bewegt, effektiv begrenzt.
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Zusätzlich
startet die ECU 8 die Reduzierung in der Bewegungsgeschwindigkeit
der äußeren Nadel 30 in der Einrückrichtung
in dem ersten Ausführungsbeispiel, wenn zumindest eine
der Wandflächen 34a als der ”erste Kontaktabschnitt” und
die Wandfläche 34b als der ”zweite Kontaktabschnitt” den
Ventilsitz 13 kontaktiert. Entsprechend wird die Bewegungsgeschwindigkeit
der äußeren Nadel 30 reduziert, wenn
die äußere Nadel 30 mit Bezug auf den
Ventilsitz 13 gleitet. Dadurch wird die Abnutzung der äußeren
Nadel 30 und des Ventilsitzes 13 effektiv begrenzt,
die durch das Gleiten produziert werden können.
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(Zweites Ausführungsbeispiel)
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Ein
Treibstoffeinspritzsystem gemäß einem zweiten
Ausführungsbeispiel der Erfindung wird mit Bezug auf die
begleitenden Zeichnungen erklärt. Die gleichen Bezugszeichen
werden verwendet, um im Wesentlichen die gleichen Komponenten wie
im ersten Ausführungsbeispiel zu bezeichnen, und ihre Beschreibungen
werden weggelassen. Ein Teil des Einspritzsystems des zweiten Ausführungsbeispiels
ist in 5 illustriert. In dem zweiten Ausführungsbeispiel
entspricht eine Nadel 47 der inneren Nadel des ersten Ausführungsbeispiels.
Genauer hat in dem zweiten Ausführungsbeispiel die Nadel 47 nicht
eine Zusammensetzung mit einer äußeren Nadel und
einer inneren Nadel wie in dem ersten Ausführungsbeispiel,
sondern ist nur aus einem Bauteil hergestellt, das äquivalent
zu der inneren Nadel ist.
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Die
Nadel 47 ist bereitgestellt, um sich innerhalb eines Düsenkörpers 2 in
ihrer axialen Richtung hin- und herzubewegen. Die Nadel 47 wird
in eine Ausrückrichtung angehoben, wenn sich ein Treibstoffdruck
in einem Drucksteuerungsraum 81 erhöht. Ein Sitzteil 48 ist
an einem Endabschnitt der Nadel 47 auf einer Düsenlochseite 12 gebildet.
Die Nadel 47 schließt eine Treibstoffspeicherkammer 71,
die mit dem Düsenloch 12 in Verbindung steht,
als ein Ergebnis des Einrückens in das Sitzteil 48 in
den Ventilsitz 13 des Düsenkörpers 2.
Entsprechend wird eine Einspritzung von Treibstoff durch die Düsenlöcher 12 gestoppt.
Die Nadel 47 öffnet die Treibstoffspeicherkammer 71 als
ein Ergebnis eines Ausrückens des Sitzteils 48 aus
dem Ventilsitz 13.
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Entsprechend
wird Treibstoff durch die Düsenlöcher 12 eingespritzt.
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Als
Nächstes wird ein Antriebssteuerungsprozess für
die Nadel 47 durch eine ECU 8 mit Bezug auf die 6 und 7 im
Weiteren beschrieben. Ein Fluss des Antriebssteuerungsprozess der
Nadel 47, der in 6 illustriert
ist, wird gestartet, wenn der Betrieb eines Fahrzeugs gestartet
wird, ähnlich zu dem Antriebssteuerungsprozess für
die Nadel in dem ersten Ausführungsbeispiel. Der Antriebssteuerungsprozess
für die Nadel 47 wird temporär durch
Ausführen einer Serie von Prozeduren in 6 beendet. Nachdem
der Prozess beendet ist, wird der Antriebssteuerungsprozess wieder
von dem oberen Ende des Prozesses gestartet.
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Wenn
der Antriebssteuerungsprozess für die Nadel 47 gestartet
ist, führt die ECU 8 als erstes S201 durch. In
S201 bestimmt die ECU 8, ob eine angelegte Spannung in
Abhängigkeit von dem Zeitablauf abnimmt, d. h., ob ein
Gradient der angelegten Spannung negativ ist. Wenn bestimmt wird,
dass der Gradient der angelegten Spannung negativ ist (S201: JA),
fährt die Steuerung fort zu S202. Wenn bestimmt wird, dass
der Gradient der angelegten Spannung nicht negativ ist (S201: NEIN),
kehrt die Steuerung zu S201 zurück. Genauer wird S201 wiederholt
durchgeführt, wenn der Gradient der angelegten Spannung
0 (Null) oder positiv ist.
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Der
obige Prozess wird unten mit Bezug auf 7 erklärt.
In 7 bezeichnet L4 eine Änderung der angelegten
Spannung mit dem Zeitablauf. L5 bezeichnet eine Nadelhubmenge der
Nadel 47, d. h. eine Änderung eines Abstands der
Nadel 47 von einer eingerückten Position über
die Zeit. Wenn die angelegte Spannung von der Zeit t21 zur Zeit
t22 wächst, wächst der Treibstoffdruck in dem Treibstoffsteuerungsraum 81 entsprechend,
so dass sich die Nadel 47 in die Ausrückrichtung
bewegt. Entsprechend wird eine Einspritzung von Treibstoff durch
die Düsenlöcher 12 gestartet. Von Zeit
t22 zur Zeit t23 ist die angelegte Spannung konstant, und der Abstand der
Nadel 47 von der eingerückten Position ist auch konstant.
Wenn die angelegte Spannung von Zeit t23 zur Zeit t24 sinkt, sinkt
der Treibstoffdruck in dem Drucksteuerungsraum 81 entsprechend,
so dass sich die Nadel 47 in einer Einrückrichtung
bewegt.
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Weil
der Gradient der angelegten Spannung positiv oder 0 (Null) zwischen
der Zeit t21 bis zu der Zeit t23 ist, wird S201 wiederholt durch
die ECU 8 durchgeführt. Weil der Gradient der
angelegten Spannung nach der Zeit t23 negativ ist, wird der Prozess
durch die ECU 8 mit S202 fortgeführt. In S202 bestimmt
die ECU 8, ob die angelegte Spannung gleich oder kleiner
als ein Schwellwert V3 ist. Wenn bestimmt wird, dass die angelegte
Spannung gleich oder kleiner als der Schwellwert V3 ist (S202: JA), fährt
die Steuerung fort mit S203. Wenn die ECU 8 bestimmt, dass
die angelegte Spannung nicht gleich oder kleiner als der Schwellwert
V3 ist, d. h. dass die angelegte Spannung größer
als V3 ist (S202: NEIN), kehrt die Steuerung zu S202 zurück.
Mit anderen Worten wird S202 wiederholt durchgeführt, solange die
angelegte Spannung höher als der Schwellwert V3 ist. Der
Schwellwert V3 ist ein Wert der angelegten Spannung zu der Zeit
direkt bevor die Nadel 47 den Ventilsitz 13 kontaktiert.
Der Schwellwert V3 wird basierend auf einem Abstand der Nadel 47 von
der eingerückten Position entsprechend zu der angelegten
Spannung eingestellt, die geschätzt wird von Eigenschaftsdaten,
die eine Beziehung zwischen der angelegten Spannung und der Nadelhubmenge
anzeigen, die in dem RAM gespeichert ist.
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In
S203 erhöht die ECU 8 die angelegte Spannung instantan.
Entsprechend macht der Piezotreiber 6, der in der Mitte
seiner Kontraktion ist, den Übergang zu einer Ausdehnungsbewegung.
Dadurch wächst der Treibstoffdruck in dem Drucksteuerungsraum 81,
der am Abnehmen war, so dass die Nadel 47 in die Ausrückrichtung
gedrängt wird. Als ein Ergebnis ändert sich eine
Bewegungsgeschwindigkeit der Nadel 47 in der Einrückrichtung.
Wenn zum Beispiel zu der Zeit t24 (zu der Zeit direkt bevor die
Nadel 47 in Kontakt mit dem Ventilsitz 13 gebracht
wird) bestimmt wird, dass die angelegte Spannung eine Spannung gleich
oder kleiner als den Schwellwert V3 erreicht hat (S202: JA), wie
durch L4 in 7 angezeigt, erhöht
die ECU 8 die angelegte Spannung (S203). Als Konsequenz ändert
sich die Bewegungsgeschwindigkeit der Nadel 47 in der Einrückrichtung,
wie es von L5 evident ist. Genauer wird die Bewegungsgeschwindigkeit
der Nadel 47 nach der Zeit t24 kleiner gemacht als die
Bewegungsgeschwindigkeit vor der Zeit t24. Entsprechend wird der Aufprall,
wenn die Nadel 47 in Anlehnung an den Ventilsitz 13 gebracht
wird, geschwächt. Nach S203 fährt die Steuerung
mit S204 fort.
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In
S204 hält die ECU 8 die angelegte Spannung für
eine vorbestimmte Periode konstant, und danach reduziert die ECU 8 allmählich
die angelegte Spannung, bis die Nadel 47 in der eingerückten
Position positioniert ist (Zeit t27). Wie in L4 in 7 gezeigt,
wird die angelegte Spannung von Zeit t25 zur Zeit t26 konstant gehalten,
und die angelegte Spannung wird allmählich von Zeit t26
zur Zeit t27 reduziert. Wie oben beschrieben ändert die
ECU 8 einen Kontraktionsprozentsatz des Piezotreibers 6 pro
Zeiteinheit durch Ändern einer Steigung einer Reduktion der
angelegten Spannung zwischen einer Periode von Zeit t23 zur Zeit
t24 und einer Periode von Zeit t24 zur Zeit t27. Aus diesem Grunde
ist eine Bewegungsgeschwindigkeit der Nadel 47 in der Einrückrichtung
in der Periode von Zeit t24 zur Zeit t27 kleiner als eine Bewegungsgeschwindigkeit
in der Periode von Zeit t23 zur Zeit t24. Deswegen agiert die ECU 8 als
die „Geschwindigkeitsreduziereinrichtung”. Entsprechend
wird eine Gleitgeschwindigkeit der Nadel 47 in einer Periode,
bis die Nadel 47 in der eingerückten Position
positioniert ist (Zeit t27), nachdem die Nadel 47 den Ventilsitz 13 kontaktiert
hat (direkt nach Zeit t24), reduziert.
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Wenn
die Nadel 47 in den Ventilsitz 13 zur Zeit t27
einrückt, wird eine Treibstoffeinspritzung durch die Düsenlöcher 12 gestoppt.
Entsprechend wird eine Treibstoffeinspritzung aus dem Treibstoffeinspritzsystem 1 beendet.
Wenn die Verarbeitung in Schritt S204 vollendet ist, ist der Antriebssteuerungsprozess
für die Nadel 47 beendet. Danach wird der Antriebssteuerungsprozess
für die Nadel 47, der in 6 gezeigt
ist, wieder gestartet, und dadurch wird der Prozess in S201 durchgeführt,
damit die ECU 8 fortfährt, die Antriebssteuerung
der Nadel 47 durchzuführen.
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Wie
oben beschrieben, wird in dem zweiten Ausführungsbeispiel,
wenn die Nadel 47 von der ausgerückten Position
zu der eingerückten Position verschoben wird, die Steuerung
durchgeführt, um einen Aufprall zwischen der Nadel 47 und
dem Ventilsitz 13 zu Puffern, und die Steuerung wird durchgeführt,
um die Bewegungsgeschwindigkeit zu reduzieren, wenn die Nadel 47 zu
der eingerückten Position gleitet, nachdem die Nadel 47 in
Anlehnung mit dem Ventilsitz 13 gebracht wurde. In dem
zweiten Ausführungsbeispiel funktioniert die ECU 8 als
die ”Geschwindigkeitsreduziereinrichtung” zum
Reduzieren einer Bewegungsgeschwindigkeit der Nadel 47 in
der Einrückrichtung durch Ändern des Kontraktionsprozentsatzes des
Piezotreibers 6 pro Zeiteinheit durch die Änderung
einer Steigung einer Reduktion in der an den Piezotreiber 6 angelegten
Spannung während der Verschiebung der Nadel 47 von
der ausgerückten Position zu der eingerückten
Position. Als ein Ergebnis wird eine Geschwindigkeit der Nadel 47 reduziert, wenn
die Nadel 47 in Anlehnung mit dem Ventilsitz 13 gebracht
wird, oder eine Gleitgeschwindigkeit der Nadel 47 wird
reduziert, nachdem die Nadel 47 mit dem Ventilsitz 13 in
Kontakt gebracht wurde. Als Ergebnis wird der Aufprall geschwächt,
wenn die Nadel 47 in Anlehnung mit dem Ventilsitz 13 gebracht
wird, oder eine Abnutzung der Nadel 47 und des Ventilsitzes 13 werden
geschwächt. Entsprechend wird eine zeitabhängige Änderung
des Treibstoffeinspritzsystems, wie zum Beispiel Ventilöffnungszeitpunkte
oder Ventilöffnungszeiten, durch eine Abnutzung der Nadel 47 und
des Ventilsitzes 13 unterdrückt. Daher wird ähnlich
wie in dem ersten Ausführungsbeispiel eine Verschlechterung
der Einspritzleistung des Treibstoffeinspritzsystems mit dem Zeitablauf
unterdrückt.
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In
dem zweiten Ausführungsbeispiel ändert die ECU 8 die
Bewegungsgeschwindigkeit der Nadel 47 in der Einrückrichtung
während der Verschiebung der Nadel 47 von der
Ausrückposition zu der Einrückposition an dem
Punkt, direkt bevor die Nadel 47 in Kontakt mit dem Ventilsitz 13 gebracht
wird, durch Erhöhen der an den Piezotreiber 6 angelegten
Spannung, um so den Piezotreiber 6 an diesem Punkt auszudehnen.
Dadurch ist die Bewegungsgeschwindigkeit der Nadel 47 nach
dem oben beschriebenen Punkt kleiner als die Bewegungsgeschwindigkeit
der Nadel 47 vor dem oben beschriebenen Punkt. Entsprechend
wird der Aufprall geschwächt, wenn die Nadel 47 zum
Anlegen mit dem Ventilsitz 13 gebracht wird. Dadurch wird
ein Schaden oder eine Abnutzung der Nadel 47 effektiv begrenzt.
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(Andere Ausführungsbeispiele)
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In
dem oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel ist das
Beispiel gezeigt, in dem die Steuerung mit Bezug auf die innere
Nadel und die äußere Nadel, um ihren Aufprall
gegen den Ventilsitz zu schwächen, und die Steuerung, um
ihre Bewegungsgeschwindigkeit zu reduzieren, wenn sie zu ihren eingerückten
Positionen gleiten, nachdem sie den Ventilsitz kontaktiert haben,
durchgeführt wird. In anderen Ausführungsbeispielen
der Erfindung kann die obige Steuerung nicht mit Bezug auf die innere
Nadel durchgeführt werden, und die obige Steuerung kann nur
mit Bezug auf die äußere Nadel durchgeführt werden.
Wegen ihrer Form wird die äußere Nadel verglichen
mit der inneren Nadel leicht abgenutzt. Deswegen wird, selbst wenn
obige Steuerung nur mit Bezug auf die äußere Nadel
durchgeführt wird, ein Effekt des Begrenzens der Abnutzung
der Nadel ausreichend erzielt.
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In
den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen ist das Beispiel
gezeigt, in dem die zwei Steuerungen über die Nadel durchgeführt
werden, d. h. die Steuerung, um ihren Aufprall gegen den Ventilsitz zu
schwächen und die Steuerung, um ihre Bewegungsgeschwindigkeit
zu reduzieren, wenn sie zu der eingerückten Position gleitet,
nachdem sie den Ventilsitz kontaktiert hat. In anderen Ausführungsbeispielen
der Erfindung kann die Steuerung, um den Aufprall zwischen der Nadel
und dem Ventilsitz zu schwächen, d. h. der Prozess zum
Erhöhen der angelegten Spannung instantan direkt bevor
die Nadel in Kontakt mit dem Ventilsitz gebracht wird, nicht durchgeführt
werden, und nur die Steuerung zum Reduzieren der Bewegungsgeschwindigkeit
kann durchgeführt werden, wenn die Nadel zu der eingerückten
Position gleitet, nachdem sie in Kontakt mit dem Ventilsitz steht,
d. h. die Steuerung zum Ändern einer Steigung einer Reduzierung
der angelegten Spannung, um den Kontraktionsprozentsatz des Treibers
pro Zeiteinheit zu ändern. Selbst wenn nur diese Steuerung
durchgeführt wird, wird eine Abnutzung der Nadel und des
Ventilsitzes unterdrückt.
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In
den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen wird das Beispiel,
in dem der Piezostapel als ein Treiber verwendet wird, erklärt.
In anderen Ausführungsbeispielen der Erfindung kann ein
Elektrostriktionselement, ein Magnetostriktor, oder eine lineare
Spule, deren Verschiebungsmenge entsprechend der angelegten Spannung
variiert, anstelle des Piezostapels angewendet werden. In den oben beschriebenen
Ausführungsbeispielen wird das Beispiel, in dem das Treibstoffeinspritzsystem
auf einen Common-Rail-Typ Dieselmotor angewendet wird, erklärt.
In anderen Ausführungsbeispielen der Erfindung kann eine
Anwendung auf Dieselmotoren anderer Form oder Benzinmotoren gemacht
werden.
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In
diesem Sinne ist die Erfindung nicht auf die obigen Ausführungsbeispiele
beschränkt, und kann auf verschiedene Ausführungsbeispiele
angewendet werden, ohne von dem Bereich der Erfindung abzuweichen.
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Weitere
Vorteile und Modifikationen werden den Fachleuten sofort einfallen.
Die Erfindung in ihren breiteren Ausdrücken ist deswegen
nicht limitiert auf die spezifischen Details, die repräsentativen
Vorrichtungen und die illustrativen Beispiele, die gezeigt und beschrieben
wurden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
-
- - JP 2007-138852
A [0002, 0003]
- - JP 2007-138852 [0004]