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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Technisches Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen eine Ansteuervorrichtung, die ausgelegt ist, einen Kraftstoffeinspritzer anzusteuern, der mit einem piezoelektrischen Aktuator versehen ist.
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Stand der Technik
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Es gibt piezoelektrische Vorrichtungen, die als Aktuator ausgebildet sind und sich ausdehnen oder zusammenziehen, wenn sie geladen oder entladen werden, um einen Kolben linear zu bewegen. Die
JP 2002 - 136 156 A beschreibt eine piezoelektrische Vorrichtung, die zum Öffnen oder Schließen eines Kraftstoffeinspritzventils dient, das in einem Kraftstoffeinspritzsystem für Brennkraftmaschinen verwendet wird.
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8 stellt ein Beispiel des obigen Kraftstoffeinspritzsystems dar, das für eine Brennkraftmaschine mit vier Zylindern ausgelegt ist. Im Folgenden bezeichnet „n“ am linken oder rechten Ende der Bezugszeichen eine Nummer bzw. Zahl aus 1 bis 4 entsprechend der Nummer bzw. Zahl des entsprechenden Zylinders des Verbrennungsmotors. Der n-te Zylinder wird auch als Zylinder #n bezeichnet. Einspritzer, von denen einer für jeden der Zylinder des Verbrennungsmotors vorgesehen ist, weisen eine jeweilige piezoelektrische Vorrichtung Pn auf, die als ein Aktuator dient, der den Einspritzer öffnet, wenn die piezoelektrische Vorrichtung geladen wird, und den Einspritzer schließt, wenn die piezoelektrische Vorrichtung entladen wird.
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Wie es in 8 dargestellt ist, weisen die piezoelektrischen Vorrichtungen P1 bis P4, die in den jeweiligen Zylindern der Brennkraftmaschine angebracht sind, erste Enden auf, die mit einer einzelnen Energieverteilungsleitung 1 (d. h. Kabelbaum) außerhalb eines Kraftstoffeinspritzsystems 9 verbunden sind. Die Leitung 1 ist mit einem gemeinsamen Ausgangsanschluss Jcm des Kraftstoffeinspritzsystems 9 verbunden.
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Das Kraftstoffeinspritzsystem 9 ist ebenfalls mit diskreten Ausgangsanschlüssen J1 bis J4, mit denen die anderen, zweiten Enden der piezoelektrischen Vorrichtungen P1 bis P4 verbunden sind, und diskreten Zylinderauswahlschaltern SW1 bis SW4 versehen, die zwischen den jeweiligen Ausgangsanschlüssen J1 bis J4 und der Masse angeordnet sind.
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Wenn der Zylinderauswahlschalter SWn eingeschaltet wird, verbindet er das zweite Ende der piezoelektrischen Vorrichtung Pn mit der Masseleitung, um die piezoelektrische Vorrichtung Pn in einen aktivierbaren Zustand zu versetzen. Insbesondere wählt das Kraftstoffeinspritzsystem 9 aus, welche der piezoelektrischen Vorrichtungen P1 bis P4 aktiviert werden sollte, mit anderen Worten, welchem Zylinder des Verbrennungsmotors der Kraftstoff zugeführt werden sollte.
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Das Kraftstoffeinspritzsystem 9 enthält außerdem eine Energieversorgungsschaltung 5, eine Lade/Entladespule L1, einen Ladeschalter SWa, einen Entladeschalter SWb, eine erste Diode Da und eine zweite Diode Db. Die Energieversorgungsschaltung 5 dient als ein Wandler zum Verstärken der Spannung (beispielsweise 12 V oder 24 V), die von einer Speicherbatterie erzeugt wird, die in dem Fahrzeug installiert ist und zum Ausgeben der verstärkten Spannung. Die Lade/Entladespule L1 ist mit ihrem einen Ende mit einer gemeinsamen Energieverteilungsleitung 2 verbunden, die sich von dem gemeinsamen Ausgangsanschluss Jcm erstreckt. Der Ladeschalter SWa ist zwischen dem anderen Ende der Lade/Entladespule L1 und einem positiven (+) Anschluss eines Kondensators C0 in der Energieversorgungsschaltung 5 angeordnet. Der Entladeschalter SWb ist zwischen dem anderen Ende der Lade/Entladespule L1 und der Masse angeordnet. Die erste Diode Da ist derart parallel zu dem Ladeschalter SWa geschaltet, dass ihre Kathode mit dem Kondensator C0 verbunden ist. Die zweite Diode Db ist derart parallel zu dem Entladeschalter SWb geschaltet, dass ihre Anode mit der Masseleitung verbunden ist.
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Die Spule L1, der Ladeschalter SWa, der Entladeschalter SWb, die erste Diode Da und die zweite Diode Db bilden eine Lade/Entladeschaltung, die zum Laden oder Entladen der piezoelektrischen Vorrichtungen P1 bis P4 dient. Das Kraftstoffeinspritzsystem 9 ist mit einem Ladepfad 6, der die elektrische Energie von dem positiven Anschluss des Kondensators C0 durch den Ladeschalter SWa einer Serienschaltung 3 aus der Spule L1 und den piezoelektrischen Vorrichtungen P1 bis P4 zuführt, und einem Entladepfad 8 versehen, der parallel zu der Serienschaltung 3 angeordnet ist, um die piezoelektrischen Vorrichtungen P1 bis P4 durch den Entladeschalter SWb zu entladen. Der Ladeschalter SWa und der Entladeschalter SWb sind jeweils aus einem MOS-FET ausgebildet. Die erste Diode Da und die zweite Diode Db dienen als parasitäre Dioden für die Lade- und Entladeschalter SWa und SWb.
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Wenn im Betrieb des Kraftstoffeinspritzsystems 9 ein Mikrocomputer (nicht gezeigt), der in dem Kraftstoffeinspritzsystem 9 installiert ist, ein Einspritzsignal eines aktiven Pegels für den Einspritzer #n ausgibt, wird nur der entsprechende Zylinderauswahlschalter SW1 bis SW4 (d. h. der Zylinderauswahlschalter SWn) eingeschaltet. Der Mikrocomputer schaltet dann den Ladeschalter SWa zyklisch ein und aus, während der Entladeschalter SWb ausgeschaltet bleibt, wodurch die piezoelektrische Vorrichtung Pn geladen wird, so dass sie sich ausdehnt.
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Insbesondere schaltet der Mikrocomputer den Ladeschalter SWa ein, um der piezoelektrischen Vorrichtung Pn durch die Spule L1 den Ladestrom von dem Kondensator C0 zuzuführen, und schaltet den Ladeschalter SWa aus, um den Ladestrom (d. h. den Freilaufstrom), der durch die Energie erzeugt wird, die in der Spule L1 gespeichert ist, dem positiven Anschluss der piezoelektrischen Vorrichtung Pn von dem negativen Anschluss durch die zweite Diode Db zyklisch zuzuführen, um dadurch die piezoelektrische Vorrichtung Pn stufenweise zu laden. Das Laden der piezoelektrischen Vorrichtung Pn bewirkt, dass der Einspritzer #n geöffnet wird, um den Kraftstoff durch seine Einspritzlöcher in die Brennkraftmaschine zu spritzen.
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Wenn das Einspritzsignal zu einem inaktiven Pegel wechselt, führt der Mikrocomputer einen Entladeschaltbetrieb durch, um den Entladeschalter SWb zyklisch ein- und auszuschalten, während der Ladeschalter SWa ausgeschaltet bleibt, um die piezoelektrische Vorrichtung Pn zu entladen, so dass sie sich zusammenzieht.
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Insbesondere schaltet der Mikrocomputer den Entladeschalter SWb ein, um den Strom von dem positiven Anschluss der piezoelektrischen Vorrichtung Pn durch die Spule L1 zu der Masse zu entladen, und schaltet dann den Entladeschalter SWb aus, um den Strom von dem positiven Anschluss der piezoelektrischen Vorrichtung Pn durch die Spule L1 und die erste Diode Da zyklisch zu dem Kondensator C0 zuzuführen, so dass die Ladung in der piezoelektrischen Vorrichtung Pn zu dem Kondensator C0 zurückkehrt, wodurch die piezoelektrische Vorrichtung Pn stufenweise entladen wird. Das Entladen der piezoelektrischen Vorrichtung Pn bewirkt, dass der Einspritzer #n geschlossen wird, um das Einspritzen des Kraftstoffs anzuhalten.
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Wie es aus der obigen Beschreibung ersichtlich ist, wird die Auswahl einer der anzusteuernden piezoelektrischen Vorrichtungen P1 bis P4 durch Verbinden des niedrigeren Potenzials der einen piezoelektrischen Vorrichtung P1 bis P4 mit der Masse durch einen entsprechenden Zylinderauswahlschalter SW1 bis SW4 erzielt. Wenn daher fälschlicherweise das niedrigere Potenzial einer der piezoelektrischen Vorrichtungen P1 bis P4 mit Masse kurzgeschlossen wird, wird dieses bewirken, dass diese eine piezoelektrische Vorrichtung P1 bis P4 geladen wird, auch wenn gleichzeitig eine andere, korrekt ausgewählte piezoelektrische Vorrichtung P1 bis P4 geladen wird, so dass der eigentlich zu schließende Einspritzer #n geöffnet wird, sodass er in unerwünschter Weise Kraftstoff einspritzt.
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Der Kurzschluss des niedrigeren Potenzials der piezoelektrischen Vorrichtung Pn mit der Masse ist zum Beispiel ein Kurzschluss des Kabelbaums mit der Masse, der sich zwischen der piezoelektrischen Vorrichtung Pn und dem Ausgangsanschluss des Kraftstoffeinspritzsystems 9 erstreckt, oder ist ein Kurzschluss des Zylinderauswahlschalters SWn (d. h. der Zustand, in dem der Zylinderauswahlschalter SWn eingeschaltet gehalten wird).
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Wie ein derartiger Kurzschluss mit der Masse zu erfassen ist, ist beispielsweise in der
JP 2002 - 246 667 A beschrieben. Dieses System wird im Folgenden mit Bezug auf
8 beschrieben.
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Das System weist zwei Widerstände für jeden der Ausgangsanschlüsse J1 bis J4 auf. Einer der Widerstände ist mit einem Ende mit der Masseleitung verbunden, während der andere Widerstand mit einem Ende mit einer Konstantspannungsquelle verbunden ist. Die beiden Widerstände sind mit ihrem anderen Ende mit einem entsprechenden Ausgangsanschluss J1 bis J4 verbunden. Das System überwacht die Spannung an einer Verbindungsstelle der beiden Widerstände, wenn sämtliche Zylinderauswahlschalter SW1 bis SW4 ausgeschaltet sind, so dass kein Kraftstoff in die Zylinder des Verbrennungsmotors eingespritzt wird, und bestimmt, dass ein Fehler beim Betrieb des Einspritzers #n aufgetreten ist, wenn die entsprechende überwachte Spannung niedriger als ein gegebener Bezugspegel ist.
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Wenn die Seite des niedrigeren Potenzials einer der piezoelektrischen Vorrichtungen P1 bis P4 mit Masse kurzgeschlossen ist, während eine andere piezoelektrische Vorrichtung P1 bis P4 des zu öffnenden Einspritzers #n korrekt aktiviert wird, um den Kraftstoff einzuspritzen, wird die Ladung von der anderen piezoelektrischen Vorrichtung P1 bis P4 an die kurzgeschlossene piezoelektrische Vorrichtung P1 bis P4 verteilt, womit bewirkt wird, dass der Einspritzer #n mit der kurzgeschlossenen piezoelektrischen Vorrichtung P1 bis P4 in unerwünschter Weise geöffnet wird und Kraftstoff einspritzt.
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Das System, das in der
JP 2002 - 246 667 A gelehrt wird, weist jedoch Probleme beim sofortigen Erfassen des obigen Kurzschlusses auf. Insbesondere kann eine derartige fehlerhafte Kraftstoffeinspritzung den Betrieb des Verbrennungsmotors nachteilig beeinflussen. Es ist daher notwendig, das Einspritzen des Kraftstoffs schnell anzuhalten.
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Das System kann außerdem das folgende Problem beinhalten. Wenn der Abstand zwischen Einspritzzeitdauern (auch Einspritzperioden genannt) in zwei der Zylinder #1 bis #4 verringert wird (siehe schräg gestrichelte Linien in 9), wird dieses zu einer verringerten Zeitdauer führen, während der es dem System ermöglicht wird, die fehlerhafte Kraftstoffeinspritzung zu erfassen. Im schlechtesten Fall wird es unmöglich, einen derartigen Fehler vollständig zu erfassen. 9 zeigt den Fall, bei dem eine Folge von Mehrfacheinspritzungen von Kraftstoff für jeweils einen der Zylinder des Verbrennungsmotors durchgeführt wird. Man beachte, dass eine Piezospannung, wie sie in 9 und weiteren Zeichnungen angegeben ist, die Spannung ist, die zwischen den Enden der piezoelektrischen Vorrichtung Pn auftritt und die auch als eine Ladespannung bezeichnet wird, die die Spannung ist, mit der die piezoelektrische Vorrichtung Pn geladen wird.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Stands der Technik zu beseitigen und ein Kraftstoffeinspritzsystem zu schaffen, das die Stabilität beim Diagnostizieren oder Erfassen eines Kurzschlusses zwischen Masse und der Seite niedrigeren Potenzials einer jeweiligen piezoelektrischen Vorrichtung gewährleisten kann, die in einem jeweiligen Kraftstoffeinspritzer aus mehreren Kraftstoffeinspritzern eingebaut ist, die in Zylindern einer Brennkraftmaschine angebracht sind.
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Die Aufgabe wird mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Die abhängigen Ansprüche sind auf bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung gerichtet.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist eine Ansteuervorrichtung vorgesehen, die in einem Kraftstoffeinspritzsystem für Kraftfahrzeuge eingesetzt werden kann, um Kraftstoff in eine Brennkraftmaschine einzuspritzen.
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Der Zylinderauswahlschalter, der in den eingeschalteten Zustand versetzt ist, kann in den ausgeschalteten Zustand gebracht werden, wenn das entsprechende Einspritzsignal in den inaktiven Zustand versetzt wird, so dass der Entlademodus beendet wird, oder wenn ein anderes Einspritzsignal in den aktiven Zustand versetzt wird.
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Erfindungsgemäß wird, wenn sämtliche Einspritzer keine Fehlfunktion aufweisen, die aktive piezoelektrische Vorrichtung eines der Einspritzer, für den das Einspritzsignal des aktiven Pegels ausgegeben wird, während der Einspritzperiode geladen, während die piezoelektrischen Vorrichtungen der anderen Einspritzer nicht aktiv sind, da die entsprechenden Zylinderauswahlschalter in den ausgeschalteten Zustand versetzt werden. Dieselbe Spannung wie diejenige der gemeinsamen Energieverteilungsleitung, die identisch mit der Spannung, die in die aktive piezoelektrische Vorrichtung geladen wird (im Folgenden als die geladene Spannung Vch bezeichnet), ist, wird daher an den Seiten niedrigeren Potenzials der inaktiven piezoelektrischen Vorrichtungen auftreten.
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Wenn die Seite niedrigeren Potenzials einer der inaktiven piezoelektrischen Vorrichtungen mit der Spannung (beispielsweise Massepotenzial oder Batteriespannung), die niedriger als die geladene Spannung Vch ist, kurzgeschlossen wird, wird dieses bewirken, dass die Spannung auf der Seite niedrigeren Potenzials der inaktiven piezoelektrischen Vorrichtung auf unterhalb der geladenen Spannung Vch verringert wird. Es ist daher möglich, die Fehlfunktion beim Betrieb der inaktiven piezoelektrischen Vorrichtung, die aufgrund des Kurzschlusses auftritt, auf der Grundlage der Spannung an deren Seite niedrigeren Potenzials zu diagnostizieren.
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Wenn die überwachte Spannung niedriger als ein gegebener Kriteriumsschwellenwert ist, kann der Fehlfunktionsdetektor bestimmen, dass die Fehlfunktion aufgetreten ist. Insbesondere kann der Kriteriumsschwellenwert auf der Grundlage dessen ausgewählt werden, bei welchem Potenzial der Kurzschluss zu erfassen ist. Der Kriteriumsschwellenwert wird somit auf größer als das Potenzial eingestellt, bei dem der Kurzschluss zu erfassen ist.
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Wie es anhand der obigen Beschreibung ersichtlich ist, dient die Ansteuervorrichtung dieser Erfindung zum Erfassen des Kurzschlusses des Anschlusses der Seite niedrigeren Potenzials der jeweiligen piezoelektrischen Vorrichtung, die nicht aktiviert werden soll, mit einem niedrigeren Potenzial wie beispielsweise dem Massepotenzial während der Einspritzperiode, während der einer der Einspritzer aktiviert gehalten wird, um den Kraftstoff einzuspritzen.
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Es ist daher möglich, eine Maßnahme zum Beseitigen des fehlerhaften Einspritzens des Kraftstoffs durchzuführen. Beispielsweise kann die Lade/Entladeschaltung zu dem Zeitpunkt, zu dem der Fehlfunktionsdetektor bestimmt, dass die Fehlfunktion aufgetreten ist, den Entlademodus starten, um die Einspritzer zu schließen.
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Der Fehlfunktionsdetektor kann mit Überwachungsschaltungen ausgerüstet sein, die jeweils zum Überwachen der Spannung, die an dem zweiten Ende einer der piezoelektrischen Vorrichtungen entwickelt wird, dient. Dieses ermöglicht eine Bestimmung, welche der piezoelektrischen Vorrichtungen eine Fehlfunktion aufweist.
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Der Fehlfunktionsdetektor kann andererseits eine einzige Überwachungsschaltung, die die Spannung an dem zweiten Ende jeder der piezoelektrischen Vorrichtungen überwacht, und jeweils einen Verbindungsschalter für jede der piezoelektrischen Vorrichtungen enthalten. Wenn die Verbindungsschalter eingeschaltet sind, errichtet jeder von diesen eine elektrische Verbindung zwischen dem zweiten Ende einer entsprechenden piezoelektrischen Vorrichtung und einem Spannungseingangsanschluss der Überwachungsschaltung. Während einer der Zylinderauswahlschalter durch die Lade/Entladeschaltung eingeschaltet wird, schaltet der Fehlfunktionsdetektor nur den Verbindungsschalter für die piezoelektrische Vorrichtung aus, die dem einen Zylinderauswahlschalter zugeordnet ist, der eingeschaltet wird, und überwacht die Spannung an dem zweiten Ende der inaktiven piezoelektrischen Vorrichtung.
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Wenn zwei oder mehr piezoelektrische Vorrichtungen nicht aktiviert werden sollen und die Seite niedrigeren Potenzials von irgendeiner dieser mit einem Potenzial, das niedriger als die geladene Spannung Vch ist, kurzgeschlossen wird, wird dieses bewirken, dass die überwachte Spannung an dem Spannungseingangsanschluss der Überwachungsschaltung niedriger als die geladene Spannung Vch ist, womit es möglich wird, die Fehlfunktion zu finden. Dieser Aufbau ermöglicht eine Verringerung der Größe der Ansteuervorrichtung.
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Der Fehlfunktionsdetektor kann andererseits Überwachungsschaltungen, von denen jeweils eine für jeweils ein Piezopaar, das jeweils aus zwei der piezoelektrischen Vorrichtungen besteht, vorgesehen ist, und mehrere Dioden enthalten, von denen jeweils eine für ein Piezopaar vorgesehen ist. Jede der Überwachungsschaltungen dient zum Überwachen der Spannung, die an den zweiten Enden der entsprechenden Piezopaare auftritt. Jede der Dioden ist mit ihrer Anode mit den zweiten Enden eines entsprechenden Piezopaars und mit ihrer Kathode mit einem Spannungseingangsanschluss der Überwachungsschaltung verbunden. Während das Einspritzsignal, das an eines der Piezopaare ausgegeben wird, einen aktiven Pegel aufweist, so dass ein entsprechender Einspritzer durch die Lade/Entladeschaltung geöffnet gehalten wird, um den Kraftstoff einzuspritzen, überwacht der Fehlfunktionsdetektor die Spannung der zweiten Enden eines anderen Piezopaars durch eine Überwachungsschaltung. Dieser Aufbau ermöglicht eine Verringerung der Größe der Ansteuervorrichtung.
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Wenn zwei oder mehr Einspritzsignale in den aktiven Pegel gebracht werden, kann der Fehlfunktionsdetektor daran gehindert werden, zu bestimmen, ob die Fehlfunktion aufgetreten ist, wodurch ein Fehler beim Diagnostizieren der Fehlfunktion, der aufgrund eines Einschaltens mehrerer Zylinderauswahlschalter auftritt, ausgeschlossen wird.
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Figurenliste
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Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden genauer anhand der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen erläutert.
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Es zeigen:
- 1 ein Schaltungsdiagramm, das ein Kraftstoffeinspritzsystem gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
- 2(a) ein Zeitdiagramm, das eine Änderung eines Einspritzsignals #n für einen Kraftstoffeinspritzer zum Einspritzen von Kraftstoff zeigt;
- 2(b) ein Zeitdiagramm, das einen Ein/Aus-Betrieb eines Zylinderauswahlschalters für einen Zylinder #n zeigt;
- 2(c) ein Zeitdiagramm, das einen Ein/Aus-Betrieb eines Ladeschalters zeigt;
- 2(d) ein Zeitdiagramm, das einen Ein/Aus-Betrieb eines Entladeschalters zeigt;
- 2(e) ein Zeitdiagramm, das eine Änderung eines elektrischen Stroms, der eine piezoelektrische Vorrichtung entlädt, zeigt;
- 2(f) ein Zeitdiagramm, das eine Änderung eines elektrischen Stroms, der eine piezoelektrische Vorrichtung lädt, zeigt;
- 2(g) ein Zeitdiagramm, das eine Piezospannung zeigt, die zwischen Anschlüssen einer piezoelektrischen Vorrichtung auftritt;
- 3(a) eine Ansicht, die Änderungen eines Einspritzsignals, von Spannungen Vcm, V1, V2, V3 und V4 und von Überwachungssignalen M2, M3 und M4 zeigt, wenn eine piezoelektrische Vorrichtung richtig betrieben wird;
- 3(b) eine Ansicht, die Änderungen eines Einspritzsignals, von Spannungen Vcm, V1, V2, V3 und V4 und eines Überwachungssignals M3 zeigt, wenn eine piezoelektrische Vorrichtung eine Fehlfunktion aufweist;
- 4 ein Fehlfunktionsbestimmungsprogramm, das von dem Kraftstoffeinspritzsystem der 1 auszuführen ist, um den Betrieb von Kraftstoffeinspritzern zu diagnostizieren;
- 5 eine Ansicht, die Änderungen eines Einspritzsignals und einer Piezospannung zeigt, wenn eine Fehlfunktion beim Betrieb einer piezoelektrischen Vorrichtung aufgetreten ist;
- 6 ein Schaltungsdiagramm, das ein Kraftstoffeinspritzsystem gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
- 7 ein Schaltungsdiagramm, das ein Kraftstoffeinspritzsystem gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
- 8 ein Schaltungsdiagramm, das ein herkömmliches Kraftstoffeinspritzsystem zeigt; und
- 9 eine Ansicht, die einen Betrieb von Zylinderauswahlschaltern und Änderungen eines Einspritzsignals und einer Piezospannung in dem Kraftstoffeinspritzsystem der 8 zeigt.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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In den Zeichnungen werden gleiche Bezugszeichen für gleiche Teile in verschiedenen Ansichten verwendet. In 1 ist ein Kraftstoffeinspritzsystem 11 gezeigt, das als eine Einspritzeransteuervorrichtung zum Ansteuern von Kraftstoffeinspritzern ausgelegt ist, um das Einspritzen von Kraftstoff in einen Dieselmotor zu steuern, der in einem Kraftfahrzeug montiert ist. Insbesondere dient das Kraftstoffeinspritzsystem 11 zum Laden oder Entladen jeder der piezoelektrischen Vorrichtungen P1 bis P4, die in den Kraftstoffeinspritzern installiert sind, um das Einspritzen von dem von einer gemeinsamen Leitung (common rail) zugeführten Kraftstoff in einen entsprechenden Zylinder des Verbrennungsmotors zu starten oder anzuhalten. Es werden dieselben Bezugszeichen wie in 8 verwendet, und dieselben Teile wie in 8 werden nicht erneut beschrieben.
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Das in 1 dargestellte Kraftstoffeinspritzsystem 11 unterscheidet sich von demjenigen der 8 in den folgenden Punkten (1-1) bis (1-3).
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(1-1) Das Kraftstoffeinspritzsystem 11 ist mit einem Mikrocomputer 18, der in 8 nicht gezeigt ist, und einer Steuerung 19 ausgerüstet. Die Steuerung 19 enthält eine Ansteuerungssteuerschaltung 19a und einen Fehlfunktionsüberwacher 19b. Die Ansteuerungssteuerschaltung 19a dient zum Steuern von Betrieben der Energieversorgungsschaltung 5, der Lade- und Entladeschalter SWa und SWb und der Zylinderauswahlschalter SW1 bis SW4. Der Fehlfunktionsüberwacher 19b dient zum Überwachen oder Diagnostizieren, ob die Seite niedrigeren Potenzials der jeweiligen piezoelektrischen Vorrichtungen P1 bis P4 mit dem Massepotenzial kurzgeschlossen wurde.
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Die Energieversorgungsschaltung 5 ist als ein typischer DC/DC-Wandler ausgebildet und besteht aus einer Spule L0, der eine Batteriespannung VB zugeführt wird, einem Schalter SW0, der zwischen einem von der Batterie abgewandten Ende der Spule L0 und Masse angeordnet ist, und einer Diode D0, die mit ihrer Anode mit einem Verbindungspunkt zwischen der Spule L0 und dem Schalter SW0 verbunden ist. Die Energieversorgungsschaltung 5 weist außerdem einen Kondensator C0 auf, der zwischen einer Kathode der Diode D0 und der Masseleitung angeordnet ist. Der Kondensator C0 dient als eine Energieversorgung zum Laden der piezoelektrischen Vorrichtungen P1 bis P4.
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Wenn der Schalter SW0 durch die Steuerung 19 eingeschaltet wird, wird bewirkt, dass eine Spannung, die größer als die Batteriespannung VB ist, an dem Verbindungspunkt zwischen der Spule L0 und dem Schalter SW0 auftritt, wodurch der Kondensator C0 durch die Diode D0 geladen wird. Die Ansteuerungssteuerschaltung 19a erfasst die Ladespannung des Kondensators C0 und schaltet den Schalter SW0 ein oder aus, um die Ladespannung auf einen Sollpegel von beispielsweise mehreren zehn oder hundert Volt (250 V in dieser Ausführungsform) zu bringen.
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Die Diode D0 dient zum Vermeiden eines elektrischen Entladens des Kondensators C0 zu dem Schalter SW0. Die Kapazität des Kondensators C0 wird groß genug ausgewählt, um dessen Entladespannung zur Stromzufuhr zu den piezoelektrischen Vorrichtungen P1 bis P4 im Wesentlichen konstant zu halten.
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(1-2) Das von der entsprechenden piezoelektrischen Vorrichtung P1 bis P4 abgewandte Ende des Zylinderauswahlschalters SW1 bis SW4 ist mit der Masseleitung über einen Widerstand R1 verbunden. Der Widerstand R1 dient als ein Strommesswiderstand zum Messen des Stroms (d. h. Lade- oder Entladestrom), der durch die piezoelektrischen Vorrichtungen P1 bis P4 fließt.
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(1-3) Zwei in Serie geschaltete Spannungsteilerwiderstände 21 und 22 sind zwischen einem Ausgangsanschluss J1 und der Masseleitung angeordnet. Auf ähnliche Weise sind zwei in Serie geschaltete Spannungsteilerwiderstände 23 und 24 zwischen einem Ausgangsanschluss J2 und der Masseleitung angeordnet. Zwei in Serie geschaltete Spannungsteilerwiderstände 25 und 26 sind zwischen einem Ausgangsanschluss J3 und der Masseleitung angeordnet. Zwei in Serie geschaltete Spannungsteilerwiderstände 27 und 28 sind zwischen einem Ausgangsanschluss J4 und der Masseleitung angeordnet. Die Widerstandswerte der Widerstände 21 bis 28 werden groß genug ausgewählt, so dass sie den Betrieb der piezoelektrischen Vorrichtungen P1 bis P4 nicht nachteilig beeinflussen.
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Das Kraftstoffeinspritzsystem 11 weist außerdem Spannungsüberwachungsschaltungen 31 bis 34 auf, wobei jeweils eine von diesen für eine piezoelektrische Vorrichtung P1 bis P4 vorgesehen ist. Die Spannungsüberwachungsschaltung 31 ist für die piezoelektrische Vorrichtung P1 vorgesehen und überwacht eine Spannung, die an dem Verbindungspunkt zwischen den Spannungsteilerwiderständen 21 und 22 auftritt. Auf ähnliche Weise ist die Spannungsüberwachungsschaltung 32 für die piezoelektrische Vorrichtung P2 vorgesehen und überwacht eine Spannung, die an dem Verbindungspunkt zwischen den Spannungsteilerwiderständen 23 und 24 auftritt. Die Spannungsüberwachungsschaltung 33 ist für die piezoelektrische Vorrichtung P3 vorgesehen und überwacht eine Spannung, die an dem Verbindungspunkt zwischen den Spannungsteilerwiderständen 25 und 26 auftritt. Die Spannungsüberwachungsschaltung 34 ist für die piezoelektrische Vorrichtung P4 vorgesehen und überwacht eine Spannung, die an dem Verbindungspunkt zwischen den Spannungsteilerwiderständen 27 und 28 auftritt.
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Insbesondere wird eine Teilspannung jeder der Spannungen V1 bis V4, die an den Ausgangsanschlüssen J1 bis J4 anliegen (d. h. Spannungen, die auf der Seite niedrigeren Potenzials der piezoelektrischen Vorrichtungen P1 bis P4 auftreten), in eine entsprechende Spannungsüberwachungsschaltung 31 bis 34 eingegeben.
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Jede der Spannungsüberwachungsschaltungen 31 bis 34 ist mit einem Vergleicher bzw. Komparator 41 und einer Bezugsspannungsquelle 43 versehen. Die Teilspannung der jeweiligen Spannung V1 bis V4 wird in den positiven (+) Eingang des Vergleichers 41 eingegeben. Eine von der Bezugsspannungsquelle 43 erzeugte konstante Bezugsspannung Vr wird in den negativen (-) Eingang des Vergleichers 41 eingegeben. Wenn die die in den positiven Eingang eingegebene Spannung größer als die oder gleich der Bezugsspannung Vr ist, gibt der jeweilige Vergleicher 41 ein hochpegeliges Signal als ein Überwachungssignal an die Steuerung 19 aus. Wenn andererseits die in den positiven Eingang eingegebene Spannung kleiner als die Bezugsspannung Vr ist, gibt der jeweilige Vergleicher 41 ein niederpegeliges Signal als das Überwachungssignal an die Steuerung 19 aus.
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„M1“, „M2“, „M3“ und „M4“ in 1 bezeichnen die Überwachungssignale, die jeweils von den Spannungsüberwachungsschaltungen 31 bis 34 ausgegeben werden. Jede der Spannungsüberwachungsschaltungen 31 bis 34 weist eine Bezugsspannungsquelle 43 auf, es kann jedoch stattdessen eine einzige Bezugsspannungsquelle 43 von den Vergleichern 41 sämtlicher Spannungsüberwachungsschaltungen 31 bis 34 geteilt werden.
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Im Folgenden wird der Betrieb der Ansteuerungssteuerschaltung 19a für die Schalter SWa, SWb und SW1 bis SW4 beschrieben.
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Die Ansteuerungssteuerschaltung 19a überwacht die Spannung, die an dem von der Masseleitung abgewandten Ende des Widerstands R1 auftritt, um den Lade- oder Entladestrom zu messen, der durch eine der piezoelektrischen Vorrichtungen P1 bis P4 fließt, die als zu aktivieren ausgewählt wird. Die Ansteuerungssteuerschaltung 19a misst die Spannung Vcm an dem gemeinsamen Ausgangsanschluss Jcm, um die Ladespannung (d. h. die Piezospannung) der einen zu aktivieren ausgewählten piezoelektrischen Vorrichtung P1 bis P4 zu bestimmen. Außerdem überwacht die Ansteuerungssteuerschaltung 19a ein Einspritzsignal, das von dem Mikrocomputer 18 erzeugt wird, um das Einspritzen von Kraftstoff in einen jeweiligen Zylinder der Brennkraftmaschine zu steuern.
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Im Folgenden wird ein Beispiel beschrieben, bei dem der Betrieb der piezoelektrischen Vorrichtung Pn für den Zylinder #n des Verbrennungsmotors durch die Steuerung 19 zu steuern ist.
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Wenn das Einspritzsignal #n, das von dem Mikrocomputer 18 ausgegeben wird, auf einen aktiven Pegel geändert wird (d. h. einen hohen Pegel), schaltet die Ansteuerungssteuerschaltung 19a den Zylinderauswahlschalter SWn, der dem Zylinder #n zugeordnet ist, ein und führt einen Ladeschaltbetrieb (der ebenfalls als Lademodus bezeichnet wird) durch, der den Ladeschalter SWa zyklisch ein- und ausschaltet, während der Entladeschalter SWb ausgeschaltet bleibt (siehe 2(a)).
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Wenn der Ladeschalter SWa eingeschaltet ist, wird, der Ladestrom von dem Kondensator C0 durch die Spule L1 zu der piezoelektrischen Vorrichtung Pn fließen. Wenn der Ladeschalter SWa ausgeschaltet wird, wird der Ladestrom durch die Energie, die in der Spule L1 gespeichert ist, erzeugt und fließt von der Masseleitung durch die Diode Db, die parallel zu dem Entladeschalter SWb geschaltet ist, zu der piezoelektrischen Vorrichtung Pn. Ein derartiger Ladeschaltbetrieb wird wiederholt, um die piezoelektrische Vorrichtung Pn schrittweise zu laden, so dass sie sich ausdehnt, um den Einspritzer #n zu öffnen.
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Genauer gesagt bestimmt die Ansteuerungssteuerschaltung 19a in dem Ladeschaltbetrieb, ob sich der Ladestrom, der in die piezoelektrische Vorrichtung Pn fließt, die als zu aktivieren ausgewählt ist, auf einen gegebenen Ausschaltschwellenwert erhöht oder auf einen gegebenen Einschaltschwellenwert verringert. Wenn sich der Ladestrom auf den Ausschaltschwellenwert erhöht hat, ändert die Ansteuerungssteuerschaltung 19a den Ladeschalter SWa von dem Ein-Zustand in den Aus-Zustand. Wenn sich der Ladestrom auf den Einschaltschwellenwert verringert hat, ändert die Ansteuerungssteuerschaltung 19a den Ladeschalter SWa von dem Aus-Zustand in den Ein-Zustand. Andererseits kann die Ansteuerungssteuerschaltung 19a eine Folge von Ein/Aus-Betrieben durchführen, bei der der Ladeschalter SWa während einer gegebenen Zeitdauer eingeschaltet und dann während einer gegebenen Zeitdauer ausgeschaltet gehalten wird. Wenn bestimmt wird, dass die Ladespannung, die an der piezoelektrischen Vorrichtung Pn während des Ladeschaltbetriebs anliegt, einen Ladebeendigungssollwert Vp (beispielsweise 200 V) erreicht, der groß genug ist, um den Einspritzer #n vollständig zu öffnen, beendet die Ansteuerungssteuerschaltung 19a den Ladeschaltbetrieb und hält den Ladeschalter SWa ausgeschaltet.
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Wenn anschließend das Einspritzsignal #n von dem aktiven Pegel in einen inaktiven Pegel (d. h. einen niedrigen Pegel) geändert wird, führt die Ansteuerungssteuerschaltung 19a einen Entladeschaltbetrieb (der auch als Entlademodus bezeichnet wird) durch, um den Entladeschalter SWb zyklisch ein- und auszuschalten, während der Ladeschalter SWa ausgeschaltet bleibt (siehe 2(a)).
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Wenn der Entladeschalter SWb eingeschaltet wird, wird der Entladestrom von dem positiven Anschluss der piezoelektrischen Vorrichtung Pn durch die Spule L1 zu der Masse fließen. Wenn der Entladeschalter SWb ausgeschaltet wird, wird der Entladestrom von dem positiven Anschluss der piezoelektrischen Vorrichtung Pn durch die Spule L1 und die parallel zu dem Ladeschalter SWa geschaltete Diode Da zu dem Kondensator C0 fließen, so dass die Ladung von der piezoelektrischen Vorrichtung Pn zu dem Kondensator C0 zurückkehrt. Ein derartiger Entladeschaltbetrieb wird wiederholt, um die piezoelektrische Vorrichtung Pn schrittweise zu entladen, so dass sie sich zusammenzieht, um den Einspritzer #n zu schließen.
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Genauer gesagt bestimmt die Ansteuerungssteuerschaltung 19a in dem Entladeschaltbetrieb, ob sich der Entladestrom, der von der piezoelektrischen Vorrichtung Pn fließt, die als nicht zu aktivieren ausgewählt ist, auf einen gegebenen Ausschaltschwellenwert erhöht oder auf einen gegebenen Einschaltschwellenwert (< Ausschaltschwellenwert) verringert hat. Wenn sich der Entladestrom auf den Ausschaltschwellenwert erhöht hat, ändert die Ansteuerungssteuerschaltung 19a den Entladeschalter SWb von dem Ein-Zustand in den Aus-Zustand. Wenn sich der Entladestrom auf den Einschaltschwellenwert verringert hat, ändert die Ansteuerungssteuerschaltung 19a den Entladeschalter SWb von dem Aus-Zustand in den Ein-Zustand. Andererseits kann die Ansteuerungssteuerschaltung 19a eine Folge von Ein/Aus-Betrieben durchführen, bei der der Entladeschalter SWb während einer gegebenen Zeitdauer eingeschaltet und dann während einer gegebenen Zeitdauer ausgeschaltet gehalten wird.
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Wenn bestimmt wird, dass sich die Ladespannung (d. h. die Piezospannung) an der piezoelektrischen Vorrichtung Pn während des Entladeschaltbetriebs auf unterhalb eines Entladebeendigungssollwerts Vp verringert hat, der etwas größer als null ist, bestimmt die Ansteuerungssteuerschaltung 19a, dass eine Entladebeendigungsbedingung erfüllt ist. Wenn die Entladebeendigungsbedingung als erfüllt bestimmt wird, schaltet die Ansteuerungssteuerschaltung 19a den Entladeschalter SWb ein, um den Entladeschaltbetrieb zu beenden, und schaltet außerdem den Zylinderauswahlschalter SWn aus, wie es bei (1) und (2) in den 2(d) und 2(b) angegeben ist. Die Ansteuerungssteuerschaltung 19a kann den Zylinderauswahlschalter SWn zu dem Zeitpunkt ausschalten, zu dem das Einspritzsignal für einen anderen Zylinder in den aktiven Pegel geändert wird.
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Wenn danach das Einspritzsignal für einen nächsten Zylinder des Verbrennungsmotors in den aktiven Pegel geändert wird, schaltet die Ansteuerungssteuerschaltung 19a den entsprechenden Zylinderauswahlschalter SW1 bis SW4 ein und ändert den Entladeschalter SWb von dem Ein-Zustand in den Aus-Zustand, wie es bei (3) in 2(c) angegeben ist. Nach dem Verstreichen einer gegebenen kurzen Verzögerungszeit Td beginnt die Ansteuerungssteuerschaltung 19a mit dem erstmaligen Einschalten des Ladeschalters SWa in dem Ladeschaltbetrieb. Insbesondere schaltet die Ansteuerungssteuerschaltung 19a zunächst beim Start des Ladeschaltbetriebs den Entladeschalter SWb von dem Ein-Zustand in den Aus-Zustand vor dem Einschalten des Ladeschalters SWa, und schaltet dann den Ladeschalter SWa zyklisch ein und aus, um einen Stromfluss durch sowohl den eingeschalteten Ladeschalter SWa als auch den eingeschalteten Entladeschalter SWb zu vermeiden.
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Die Steuerung 19 ist ausgelegt, die Fehlfunktion jeder der piezoelektrischen Vorrichtungen P1 bis P4, d. h. einen Kurzschluss der Seite niedrigeren Potenzials jeder der piezoelektrischen Vorrichtungen P1 bis P4 mit dem Massepotenzial unter Verwendung der Spannungsüberwachungsschaltungen 31 bis 34 und des Fehlfunktionsüberwachers 19b zu erfassen. Der Kurzschluss der Seite niedrigeren Potenzials der piezoelektrischen Vorrichtungen P1 bis P4 mit der Masse ist beispielsweise ein Kurzschluss eines Kabelbaums, der sich außerhalb des Kraftstoffeinspritzsystems 11 zwischen Masse und einer jeweiligen Seite niedrigeren Potenzials der jeweiligen piezoelektrischen Vorrichtung P1 bis P4 und einem entsprechenden Ausgangsanschluss J1 bis J4 erstreckt, ein Kurzschluss eines jeweiligen Ausgangsanschlusses J1 bis J4 mit der Masse oder ein Kurzschluss eines jeweiligen Zylinderauswahlschalters SW1 bis SW4.
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Im Folgenden wird ein Fehlfunktionsüberwachungsbetrieb mit Bezug auf die 3(a) und 3(b) beschrieben. In dem folgenden Beispiel wird angenommen, dass das Einspritzsignal für den Zylinder #1 auf den hohen Pegel (d. h. den aktiven Pegel) gesetzt wird, um den entsprechenden Einspritzer (d. h. den Einspritzer #1) zu öffnen. In den 3(a) und 3(b) bezeichnet „Vcm“ die Spannung, die an dem gemeinsamen Ausgangsanschluss Jcm anliegt. „V1“ bis „V4“ bezeichnen Spannungen an den Ausgangsanschlüssen J1 bis J4.
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Wenn der Einspritzer #1 fehlerfrei betrieben wird und das Einspritzsignal #1 auf den hohen Pegel gebracht wird, schaltet die Ansteuerungssteuerschaltung 19a den Zylinderauswahlschalter SW1 ein, um die piezoelektrische Vorrichtung P1 zu laden, wie es in 3(a) gezeigt ist. Die Spannung V1 wird auf dem Massepotenzial liegen. Die Ladespannung an der piezoelektrischen Vorrichtung P1 wird an dem gemeinsamen Ausgangsanschluss Jcm anliegen. Dieses bewirkt, dass die Spannung Vcm die Ladebeendigungssollspannung Vp (= 200 V) erreicht. Die piezoelektrischen Vorrichtungen P2 bis P4 der Einspritzer, die nicht aktiviert werden sollen, das heißt in die die Einspritzsignale mit einem niedrigen Pegel eingegeben werden, werden an ihren Anschlüssen auf der Seite niedrigeren Potenzials durch die in den Aus-Zustand versetzten Zylinderauswahlschalter SW2 bis SW4 geöffnet, so dass die piezoelektrischen Vorrichtungen P2 bis P4 nicht geladen werden. Die Spannungen V2 bis V4 an den Anschlüssen der piezoelektrischen Vorrichtungen P2 bis P4 auf der Seite niedrigeren Potenzials werden daher gleich der Spannung Vcm an dem gemeinsamen Ausgangsanschluss Jcm.
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Die Bezugsspannung Vr, die in die Vergleicher 41 der Spannungsüberwachungsschaltungen 31 bis 34 eingegeben wird, wird derart ausgewählt, dass die von den Vergleichern 41 ausgegebenen Überwachungssignale M1 bis M4 einen niedrigen Pegel aufweisen, wenn die Spannungen V1 bis V4 an den Ausgangsanschlüssen J1 bis J4 niedriger als ein gegebener Fehlfunktionskriteriumsschwellenwert (beispielsweise 20 V) sind, der niedriger als der Ladebeendigungssollwert Vp ist. Wenn beispielsweise die Teilspannung der Spannung V1 bis V4, die durch die Spannungsteilerwiderstände 21 bis 28 erzielt wird, 1/50 beträgt, ist die Bezugsspannung Vr gleich 0,4 V (= 20 V/50). Der Grund dafür, dass die Teilspannungen der Spannungen V1 bis V4, die durch die Spannungsteilerwiderstände entstehen, in die Vergleicher 41 der Spannungsüberwachungsschaltungen 31 bis 34 eingegeben werden, besteht darin, dass die Spannung, die in die Vergleicher 41 einzugeben ist, einen Pegel aufweisen muss (beispielsweise 0 V bis 5 V), der so niedrig wie für typische elektronische Schaltungen ist.
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Wie es aus Obigem ersichtlich ist, liegen die Überwachungssignale M2 bis M4, die von den Spannungsüberwachungsschaltungen 32 bis 34 für die piezoelektrischen Vorrichtungen P2 bis P4 ausgegeben werden, während der Einspritzzeitdauer sämtlich auf dem hohen Pegel, während die piezoelektrische Vorrichtung P1 für das Einspritzen des Kraftstoffs in den Zylinder #1 geladen wird, wenn der Einspritzer #1 (d. h. die piezoelektrische Vorrichtung P1) fehlerfrei betrieben wird, wie es aus 3(a) zu sehen ist. Das Überwachungssignal M1 (nicht gezeigt), das von der Spannungsüberwachungsschaltung 31 für die piezoelektrische Vorrichtung P1 ausgegeben wird, weist einen niedrigen Pegel auf.
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Wenn während der Einspritzzeitdauer durch den Kurzschluss des Anschlusses der Seite niedrigeren Potenzials der piezoelektrischen Vorrichtung P3 mit Masse eine Fehlfunktion beim Betrieb der piezoelektrischen Vorrichtung P3 auftritt, während der Kraftstoff in den Zylinder #1 eingespritzt wird, bewirkt dieses, dass die Spannung V3 auf dem Massepotenzial liegt, so dass die elektrische Ladung, die in der piezoelektrischen Vorrichtung P1 gespeichert ist, verteilt wird, so dass die piezoelektrische Vorrichtung P3 geladen wird, wie es in 3(b) dargestellt ist. Dieses bewirkt, dass der Einspritzer #3 geöffnet wird, sodass Kraftstoff in unerwünschter Weise in den Zylinder #3 eingespritzt wird. Wenn die Spannung V3 auf dem Massepotenzial liegt, bewirkt dieses ebenfalls, dass das Überwachungssignal M3, das von der Spannungsüberwachungsschaltung 33 für die piezoelektrische Vorrichtung P3 ausgegeben wird, von dem hohen in den niedrigen Pegel wechselt.
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In 3(b) fallen die Spannungen Vc, V2 und V4 zu dem Zeitpunkt der Fehlfunktion etwas ab. Dieses kommt daher, dass die elektrische Ladung von der piezoelektrischen Vorrichtung P1 an die piezoelektrische Vorrichtung P3 verteilt wird, so dass die Ladespannung, die zwischen den Enden der piezoelektrischen Vorrichtung P3 anliegt, abfällt.
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Wenn dementsprechend während der Einspritzzeitdauer, während der Kraftstoff durch eine der piezoelektrischen Vorrichtungen P1 bis P4 in den entsprechenden Zylinder des Verbrennungsmotors eingespritzt wird, eines der Überwachungssignale M1 bis M4 für eine andere der piezoelektrischen Vorrichtungen P1 bis P4 von dem hohen auf den niedrigen Pegel wechselt, bedeutet dieses, dass die Spannung auf der Seite niedrigeren Potenzials der anderen der piezoelektrischen Vorrichtungen P1 bis P4 niedriger als der obige Fehlfunktionskriteriumsschwellenwert ist. Die Steuerung 19 bestimmt somit, dass die Seite niedrigeren Potenzials der anderen der piezoelektrischen Vorrichtungen P1 bis P4 mit Masse kurzgeschlossen wurde, das heißt, dass die andere der piezoelektrischen Vorrichtungen P1 bis P4 nun eine Fehlfunktion aufweist.
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Der Fehlfunktionsbestimmungsbetrieb des Fehlfunktionsüberwachers 19b wird im Folgenden genauer mit Bezug auf 4 beschrieben.
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4 ist ein Flussdiagramm einer Folge von Schritten bzw. eines Fehlfunktionsbestimmungsprogramms, das von dem Fehlfunktionsüberwacher 19b ausgeführt wird. Wenn irgendeines der von dem Mikrocomputer 18 ausgegebenen Einspritzsignale, das einen entsprechenden Einspritzer anweist, Kraftstoff einzuspritzen, auf den hohen Pegel (d. h. den aktiven Pegel) gebracht wurde, beginnt der Fehlfunktionsüberwacher 19b das Programm. Im Folgenden wird ein Beispiel beschrieben, bei dem das Einspritzsignal #1 für den Zylinder #1 auf den hohen Pegel gebracht wurde.
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Zu Beginn des Programms schreitet die Routine zum Schritt 110, in dem bestimmt wird, ob die Überwachungssignale M2 bis M4, die von den Spannungsüberwachungsschaltungen 32 bis 34 für die piezoelektrischen Vorrichtungen P2 bis P4 ausgegeben werden, sämtlich auf dem niedrigen Pegel liegen. Das Zeitintervall zwischen dem Zeitpunkt, zu dem eines der Einspritzsignale auf den hohen Pegel wechselt, und dem Zeitpunkt, zu dem der Schritt 110 das erste Mal in einem entsprechenden Programmausführungszyklus durchgeführt wird, wird derart eingestellt, dass es länger als die Zeitdauer ist, die die Ladespannung an der zu aktivierenden piezoelektrischen Vorrichtung Pn nach dem Wechsel des einen Einspritzsignals auf den hohen Pegel benötigt, sich auf oberhalb des Fehlfunktionskriteriumsschwellenwerts (20 V) zu erhöhen..
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Wenn die Antwort in Schritt 110 NEIN lautet, bedeutet dieses, dass sämtliche Überwachungssignale M2 bis M4 auf dem hohen Pegel liegen, worauf die Routine zum Schritt 120 schreitet, bei dem bestimmt wird, ob die Einspritzung von Kraftstoff in den Verbrennungsmotor beendet wurde. Wenn die Antwort NEIN lautet, was bedeutet, dass die Einspritzung noch nicht beendet ist, kehrt die Routine zum Schritt 110 zurück. Wenn in Schritt 120 bestimmt wird, dass das Einspritzsignal, das auf dem hohen Pegel lag, auf den niedrigen Pegel gewechselt ist, wird bestimmt, dass die Einspritzung von Kraftstoff beendet wurde. Alternativ kann nach dem Verstreichen einer gegebenen Zeitdauer Ta, seitdem das Einspritzsignal von dem hohen Pegel zu dem niedrigen Pegel zurückgekehrt ist, bestimmt werden, dass die Einspritzung von Kraftstoff beendet wurde. Die gegebene Zeitdauer Ta ist kürzer als die Zeitdauer, die benötigt wird, damit die Ladespannung an der zu aktivierenden piezoelektrischen Vorrichtung Pn auf unterhalb des Fehlfunktionskriteriumsschwellenwerts (20 V) abfällt, nachdem die Ansteuerungssteuerschaltung 19a den Entladeschaltbetrieb begonnen hat. Die Schritte 110 und 120 können gleichzeitig parallel durchgeführt werden. In jedem Fall wird der Schritt 110 durchgeführt, bis die Einspritzung von Kraftstoff als beendet bestimmt wird.
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Wenn in Schritt 110 die Antwort JA lautet, was bedeutet, dass mindestens eines der Überwachungssignale M2 bis M4 auf dem niedrigen Pegel liegt, schreitet die Routine zum Schritt 130, bei dem bestimmt wird, dass die dem einen Überwachungssignal M2 bis M4 entsprechende piezoelektrische Vorrichtung P1 bis P4 nun eine Fehlfunktion aufweist, das heißt, dass die Seite niedrigeren Potenzials dieser piezoelektrischen Vorrichtung P1 bis P4 mit Masse kurzgeschlossen ist. Die Routine schreitet dann zum Schritt 140, bei dem ein gegebener erzwungener Einspritzbeendigungsbetrieb durchgeführt wird. Die Routine endet dann.
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Der erzwungene Einspritzbeendigungsbetrieb in Schritt 140 besteht beispielsweise darin, die Ansteuerungssteuerschaltung 19a anzuweisen, den Entladeschaltbetrieb sofort unabhängig von dem Einspritzsignal durchzuführen und den Mikrocomputer 18 hinsichtlich des Auftretens der Fehlfunktion zu informieren, um zu verhindern, dass das Einspritzsignal anschließend auf den hohen Pegel gebracht wird. Anstatt den Mikrocomputer hinsichtlich des Auftretens der Fehlfunktion zu informieren, kann die Ansteuerungssteuerschaltung 19a daran gehindert werden, die Zylinderauswahlschalter SW1 bis SW4 einzuschalten und den Ladeschaltbetrieb durchzuführen.
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Wenn in Schritt 120 bestimmt wird, dass das Einspritzen von Kraftstoff beendet wurde, wird die Routine beendet.
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Wenn somit der Kurzschluss der Seite niedrigeren Potenzials der piezoelektrischen Vorrichtung P3 für den dritten Zylinder #3 mit Masse zu dem Zeitpunkt t1 auftritt während der Kraftstoff in den ersten Zylinder #1 eingespritzt wird, dient das Kraftstoffeinspritzsystem 11 zum unmittelbaren Erfassen eines derartigen Kurzschlusses, wie es in 5 gezeigt ist (JA in Schritt 110 → Schritt 130). Anschließend entlädt das Kraftstoffeinspritzsystem 11 die piezoelektrische Vorrichtung P1 und die piezoelektrische Vorrichtung P3, die irrtümlicherweise durch den Kurzschluss geladen wurde, um ein Einspritzen des Kraftstoffs in den Verbrennungsmotor anzuhalten (Schritt 140). Zusätzlich verhindert das Kraftstoffeinspritzsystem 11 , dass das von dem Mikrocomputer 18 erzeugte Einspritzsignal auf den hohen Pegel gebracht wird, um zu verhindern, dass anschließend Kraftstoff in den Verbrennungsmotor gespritzt wird (Schritt 140). In 5 geben die gestrichelten Linien den Fall an, in dem der Kurzschluss aufgetreten ist.
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Insbesondere dient das Kraftstoffeinspritzsystem 11 zum schnellen Erfassen des Kurzschlusses der Seite niedrigeren Potenzials der piezoelektrischen Vorrichtung eines der Einspritzer, der keinen Kraftstoff einspritzen soll, mit der Masse, während ein anderer der Kraftstoffeinspritzer den Kraftstoff einspritzt, und zum anschließenden Eintreten in einen Ausfallsicherungsmodus, um ein Einspritzen des Kraftstoffs in den Verbrennungsmotor vollständig anzuhalten.
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Mit anderen Worten ist das Kraftstoffeinspritzsystem 11 ausgelegt, diejenigen Überwachungssignale M1 bis M4, die den piezoelektrischen Vorrichtungen zugeordnet sind, die nicht aktiviert werden sollen, zu überprüfen, um zu bestimmen, ob diese eine Fehlfunktion aufweisen, um einen Fehler beim Einspritzen des Kraftstoffs in den Verbrennungsmotor zu vermeiden. Insbesondere ist das Kraftstoffeinspritzsystem 11 mit den Spannungsteilerwiderständen 21 bis 28 und den Spannungsüberwachungsschaltungen 31 bis 34 zum Überwachen der Spannungen V1 bis V4 ausgerüstet, die auf der Seite niedrigeren Potenzials der piezoelektrischen Vorrichtungen P1 bis P4 anliegen, um zu bestimmen, welche der piezoelektrischen Vorrichtungen P1 bis P4 eine Fehlfunktion aufweist.
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Das Kraftstoffeinspritzsystem 11 ist ausgelegt, Teilspannungen der Spannungen V1 bis V4, die von den Spannungsteilerwiderständen 21 bis 28 erzeugt werden, in den Vergleichern 41 mit der Bezugsspannung Vr zu vergleichen, um die binären Überwachungssignale M1 bis M4 zu erzeugen, die sich zwischen dem hohen und dem niedrigen Pegel ändern, , um zu bestimmen, ob die Einspritzer eine Fehlfunktion aufweisen, wodurch die Notwendigkeit beseitigt wird, eine A/D-Wandlung durchzuführen, um die Werte der Spannungen V1 bis V4 zu erfahren.
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In dem Kraftstoffeinspritzsystem 11 dieser Ausführungsform dient der Mikrocomputer 18 als eine Einspritzsignalausgabeschaltung. Die Lade/Entladeschaltung, die aus der Spule L1, dem Ladeschalter SWa, dem Entladeschalter SWb, der ersten Diode Da und der zweiten Diode Db besteht, und die Ansteuerungssteuerschaltung 19a, die den Betrieb der Lade/Entladeschaltung steuert, dienen als eine Lade/Entladesteuerschaltung. Die vier Spannungsteilerwiderstandspaare 21 bis 28, die Spannungsüberwachungsschaltungen 31 bis 34 und der Fehlfunktionsüberwacher 19b dienen als ein Fehlfunktionsdetektor. Die Spannungsteilerwiderstände 21 bis 28 und die Spannungsüberwachungsschaltungen 31 bis 34 dienen als Überwachungsschaltungen, die die Spannungen V1 bis V4 überwachen, die an den von der gemeinsamen Energieverteilungsleitung 2 entfernten Enden der piezoelektrischen Vorrichtungen P1 bis P4 auftreten, .
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Der Mikrocomputer 18 kann andererseits anstelle des Fehlfunktionsüberwachers 19b ausgelegt sein, das Fehlfunktionsbestimmungsprogramm durchzuführen. Der Mikrocomputer 18 ist beispielsweise ausgelegt, das Fehlfunktionsbestimmungsprogramm zu dem Zeitpunkt zu initiieren, zu dem sich irgendeines der Einspritzsignale auf den hohen Pegel geändert hat, und das Einspritzsignal in Schritt 140 unmittelbar auf den niedrigen Pegel zurückzubringen, so dass die Ansteuerungssteuerschaltung 19a den Entladeschaltbetrieb beginnt. Der Mikrocomputer 18 ist außerdem ausgelegt, in Schritt 140 zu verhindern, dass das Einspritzsignal anschließend auf den hohen Pegel geändert wird. Diese Modifikation kann auch bei einer anderen, später beschriebenen Ausführungsform verwendet werden.
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Das Kraftstoffeinspritzsystem 11 wurde derart beschrieben, dass es den Kurzschluss der Seite niedrigeren Potenzials der jeweiligen piezoelektrischen Vorrichtungen P1 bis P4 mit dem Massepotenzial erfasst, ist aber in der Lage, einem Kurzschluss mit einem elektrischen Potenzial zu erfassen, das niedriger als der obige beschriebene Fehlfunktionskriteriumsschwellenwert (20 V) ist. Das Kraftstoffeinspritzsystem 11 kann beispielsweise ausgelegt sein, einen Kurzschluss der Seite niedrigeren Potenzials der jeweiligen piezoelektrischen Vorrichtungen P1 bis P4 mit einer Batteriespannung von 12 V zu erfassen. Alternativ kann die Erfassung nur des Kurzschlusses mit dem Massepotenzial durch Einstellen des Fehlfunktionskriteriumsschwellenwerts auf kleiner als eine Spannung erzielt werden (beispielsweise 1 V), die niedriger als die Batteriespannung ist. Insbesondere kann der Fehlfunktionskriteriumsschwellenwert auf der Grundlage dessen ausgewählt werden, bei welchem Potenzial der Kurzschluss zu erfassen ist. Dasselbe gilt für die folgende Ausführungsform.
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6 stellt ein Kraftstoffeinspritzsystem 12 gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung dar. Dieselben Bezugszeichen wie in der ersten Ausführungsform bezeichnen dieselben Teile, deren genauere Beschreibung hier nicht wiederholt wird.
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Das Kraftstoffeinspritzsystem 12 unterscheidet sich von dem Kraftstoffeinspritzsystem 11 der ersten Ausführungsform in den folgenden Punkten (2-1) bis (2-3).
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(2-1) Das Kraftstoffeinspritzsystem 12 ist nicht mit den Spannungsteilerwiderständen 23 bis 28 und den Spannungsüberwachern 32 bis 34 versehen, sondern weist nur die Spannungsteilerwiderstände 21 und 22 und den Spannungsüberwacher 31 auf, um die Spannungen V1 bis V4 zu überwachen, die auf der Seite niedrigeren Potenzials der piezoelektrischen Vorrichtungen P1 bis P4 auftreten.
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(2-2) Das Kraftstoffeinspritzsystem 12 enthält außerdem Verbindungsschalter 51 bis 54, die eine elektrische Verbindung der Ausgangsanschlüsse J1 bis J4 mit dem Ende des Widerstands 21 herstellen, das nicht mit dem Widerstand 22 verbunden ist.
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(2-3) Wenn die Zylinderauswahlschalter SW1 bis SW4 sämtlich von der Ansteuerungssteuerschaltung 19a ausgeschaltet werden, schaltet der Fehlfunktionsüberwacher 19b sämtliche Verbindungsschalter 51 bis 54 ein. Wenn irgendeiner der Zylinderauswahlschalter SW1 bis SW4 durch die Ansteuerungssteuerschaltung 19a eingeschaltet gehalten wird, versetzt der Fehlfunktionsüberwacher 19b nur einen der Verbindungsschalter 51 bis 54 in den ausgeschalteten Zustand, der der piezoelektrischen Vorrichtung Pn zugeordnet ist, die dem eingeschaltet gehaltenen Zylinderauswahlschalter SWn zugeordnet ist.
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Außerdem führt der Fehlfunktionsüberwacher 19b das Fehlfunktionsbestimmungsprogramm der 4 durch und bestimmt in Schritt 110, ob das Überwachungssignal M1, das von dem Spannungsüberwacher 31 ausgegeben wird, einen niedrigen Pegel aufweist. Wenn bestimmt wird, dass das Überwachungssignal M1 einen niedrigen Pegel aufweist, bestimmt der Fehlfunktionsüberwacher 19b in Schritt 130, dass die Seite niedrigeren Potenzials irgendeiner der nicht aktivierten piezoelektrischen Vorrichtungen P1 bis P4 mit Masse kurzgeschlossen ist, und führt dann den Schritt 140 aus.
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Wenn beispielsweise das Einspritzsignal #1 in den hohen Pegel geändert wird, schaltet der Fehlfunktionsüberwacher 19b nur den Verbindungsschalter 51 aus, um elektrische Verbindungen der Anschlüsse der Seite niedrigeren Potenzials der piezoelektrischen Vorrichtungen P2 bis P4 mit Masse zu blockieren, wenn der Zylinderauswahlschalter SW1 eingeschaltet ist. Wenn daher die piezoelektrischen Vorrichtungen P2 bis P4 normal betrieben werden, werden die Spannungen V2 bis V4, die auf der Seite niedrigeren Potenzials der nicht zu aktivierenden piezoelektrischen Vorrichtungen P2 bis V4 anliegen gleich der Spannung Vcm, die auf der Seite niedrigeren Potenzials der piezoelektrischen Vorrichtungen P1 bis P4 anliegt, wie es in 3(a) gezeigt ist. Wenn andererseits der Anschluss der Seite niedrigeren Potenzials irgendeiner der piezoelektrischen Vorrichtungen P2 bis P4 mit Masse kurzgeschlossen ist, bewirkt dieses, dass die Spannungen V2 bis V4 jeweils das Massepotenzial aufweisen, so dass das Überwachungssignal M1 von dem hohen Pegel zu dem niedrigen Pegel wechselt. Der Fehlfunktionsüberwacher 19b bestimmt auf eine derartige Änderung des Überwachungssignals M1 hin, dass irgendeine der piezoelektrischen Vorrichtungen P2 bis P4 eine Fehlfunktion aufweist.
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Insbesondere ist das Kraftstoffeinspritzsystem 12 dieser Ausführungsform nicht in der Lage zu bestimmen, welche der piezoelektrischen Vorrichtungen P1 bis P4 eine Fehlfunktion aufweist, da sie nur mit einer einzigen Überwachungsschaltung (d. h. den Spannungsteilerwiderständen 21 und 22 und der Spannungsüberwachungsschaltung 31) versehen ist, wodurch jedoch die Größe des Kraftstoffeinspritzsystems 12 verringert werden kann.
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Die Spannungsteilerwiderstände 21 und 22, die Spannungsüberwachungsschaltung 31, die Verbindungsschalter 51 bis 54 und der Fehlfunktionsüberwacher 19b dienen als ein Fehlfunktionsdetektor. Das von dem Widerstand 22 abgewandte Ende des Widerstands 21 dient als ein Spannungseingangsanschluss der Überwachungsschaltung.
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7 stellt ein Kraftstoffeinspritzsystem 13 gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung dar. Dieselben Bezugszeigen wie in der ersten Ausführungsform bezeichnen dieselben Teile, deren genauere Beschreibung hier nicht wiederholt wird.
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Das Kraftstoffeinspritzsystem 13 unterscheidet sich von dem Kraftstoffeinspritzsystem 11 der ersten Ausführungsform in den folgenden Punkten (3-1) bis (3-3).
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(3-1) Das Kraftstoffeinspritzsystem 13 ist mit zwei Überwachungsschaltungen 31 und 32 und den Spannungsteilerwiderständen 21 bis 24 versehen. Insbesondere ist die Überwachungsschaltung 31 einem ersten Paar piezoelektrischer Vorrichtungen P1 und P3 und einem Paar Spannungsteilerwiderstände 21 und 22 zugeordnet, während die Überwachungsschaltung 32 einem zweiten Paar piezoelektrischer Vorrichtungen P2 und P4 und einem Paar Spannungsteilerwiderstände 23 und 24 zugeordnet ist.
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(3-2) Das Kraftstoffeinspritzsystem 13 enthält Dioden 61 und 63, deren Anoden mit den Ausgangsanschlüssen J1 und J3 und deren Kathoden mit dem von dem Widerstand 22 abgewandten Ende des Widerstands 21 verbunden sind. Die Diode 61 verhindert, dass der Anschluss der Seite niedrigeren Potenzials der piezoelektrischen Vorrichtung P3 durch den Zylinderauswahlschalter SW1 auf das Massepotenzial gebracht wird, wenn dieser eingeschaltet wird. Die Diode 62 verhindert, dass der Anschluss der Seite niedrigeren Potenzials der piezoelektrischen Vorrichtung P1 durch den Zylinderauswahlschalter SW3 auf das Massepotenzial gebracht wird, wenn dieser eingeschaltet wird.
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Auf ähnliche Weise enthält das Kraftstoffeinspritzsystem 13 Dioden 62 und 64, deren Anoden mit den Ausgangsanschlüssen J2 und J4 und deren Kathoden mit dem von dem Widerstand 22 abgewandten Ende des Widerstands 21 verbunden sind.
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(3-3) Der Fehlfunktionsüberwacher 19b führt das Fehlfunktionsbestimmungsprogramm der 4 durch und bestimmt in Schritt 110, ob die Überwachungssignale M1 und M2, die von den Spannungsüberwachern 31 und 32 ausgegeben werden, einen niedrigen Pegel aufweisen. Wenn mindestens eines der Überwachungssignale M1 und M2 einen niedrigen Pegel aufweist, führt der Fehlfunktionsüberwacher 19b den Betrieb in Schritt 130 durch.
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In Schritt 130 trifft der Fehlfunktionsüberwacher 19b die unten angegebenen Entscheidungen (A) und (B). In der folgenden Beschreibung wird angenommen, dass der Fehlfunktionsüberwacher 19b beim Ändern des Einspritzsignals #n auf den hohen Pegel beginnt, das Fehlfunktionsbestimmungsprogramm durchzuführen. Mit anderen Worten ist der Zylinder #n ein Objekt, in das Kraftstoff eingespritzt werden soll.
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(A) Wenn eines der Überwachungssignale M1 und M2, das dem ersten oder zweiten Paar zugeordnet ist, zu dem die piezoelektrische Vorrichtung Pn für den Zylinder #n gehört, einen niedrigen Pegel aufweist, bestimmt der Fehlfunktionsüberwacher 19b, dass der Anschluss der Seite niedrigeren Potenzials der anderen piezoelektrischen Vorrichtung von demselben, ersten oder zweiten Paar mit Masse kurzgeschlossen ist, und führt dann den Schritt 140 durch. Insbesondere wenn das Einspritzsignal für eine der piezoelektrischen Vorrichtungen, die zu dem ersten oder zweiten Paar gehört, auf den hohen Pegel wechselt und dort gehalten wird, um den Kraftstoff einzuspritzen, überwacht der Fehlfunktionsüberwacher 19b die Spannung, die auf der Seite niedrigeren Potenzials der anderen piezoelektrischen Vorrichtung desselben, ersten oder zweiten Paars anliegt, durch ein entsprechendes Paar der Spannungsteilerwiderstände 21 bis 24 und eine entsprechende Spannungsteilerschaltung 31 und 32.
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(B) Wenn eines der Überwachungssignale M1 und M2, das dem anderen Paar aus dem ersten und zweiten Paar zugeordnet ist, zu dem die piezoelektrische Vorrichtung Pn für den Zylinder #n nicht gehört, einen niedrigen Pegel aufweist, bestimmt der Fehlfunktionsüberwacher 19b, dass die Anschlüsse der Seite niedrigeren Potenzials der piezoelektrischen Vorrichtungen dieses anderen Paars beide mit Masse kurzgeschlossen sind, und führt dann den Schritt 140 durch.
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Insbesondere ist das Kraftstoffeinspritzsystem 13 dieser Ausführungsform nur in der Lage, die Fehlfunktion des Betriebs des anderen Paars der piezoelektrischen Vorrichtungen P1 bis P4, zu dem die zu aktivierende piezoelektrische Vorrichtung Pn nicht gehört, zu erfassen, wenn die piezoelektrischen Vorrichtungen des anderen Paars beide mit Masse kurzgeschlossen sind. Das Kraftstoffeinspritzsystem 13 dieser Ausführungsform ist nur mit den beiden Überwachungsschaltungen (d. h. den Spannungsteilerwiderständen 21, 22, 23 und 24 und den beiden Spannungsüberwachungsschaltungen 31 und 32) versehen, wodurch die Größe des Kraftstoffeinspritzsystems 13 kleiner ist.
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Die Spannungsteilerwiderstände 21, 22, 23 und 24, die Spannungsüberwachungsschaltungen 31 und 32, die Dioden 61 bis 64 und der Fehlfunktionsüberwacher 19b dienen als ein Fehlfunktionsdetektor. Das von dem Widerstand 22 abgewandte Ende des Widerstands 21 und das von dem Widerstand 22 abgewandte Ende des Widerstands 23 dienen als jeweilige Spannungseingangsanschlüsse der Überwachungsschaltungen.
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Die dritte Ausführungsform kann beispielsweise ähnlich der ersten und zweiten Ausführungsform derart ausgelegt sein, dass sie die Spannungsteilerwiderstände und die Spannungsüberwachungsschaltungen für die piezoelektrischen Vorrichtungen P2 und P4 aufweist. Beliebige zwei der Aufbauten der ersten bis dritten Ausführungsformen zum Überwachen der Spannungen, die auf der Seite niedrigeren Potenzials der piezoelektrischen Vorrichtungen P1 bis P4 anliegen, können kombiniert werden.
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Der Mikrocomputer 18 kann alternativ ausgelegt sein, beliebige zwei Einspritzsignale für die Zylinder #1 bis #4 des Verbrennungsmotors gleichzeitig auf den hohen Pegel zu bringen. In diesem Fall ist der Fehlfunktionsüberwacher 19b vorzugsweise ausgelegt zu verhindern, dass das Fehlfunktionsbestimmungsprogramm durchgeführt wird, wenn zwei der von dem Mikrocomputer 18 erzeugten Einspritzsignale gleichzeitig auf den hohen Pegel gebrachte werden, das heißt, der Kraftstoff gleichzeitig in zwei oder mehr der Zylinder des Verbrennungsmotors eingespritzt werden soll. Dieses vermeidet einen Fehler beim Diagnostizieren der piezoelektrischen Vorrichtungen, der aufgrund des gleichzeitigen Einschaltens von zwei oder mehr der Zylinderauswahlschalter SW1 bis SW4 auftritt, und beseitigt die Notwendigkeit einer speziellen Operation zum Adressieren eines derartigen Fehlers.
