DE102010017093A1 - Steuervorrichtung für ein Kraftstoffdirekteinspritzventil - Google Patents

Steuervorrichtung für ein Kraftstoffdirekteinspritzventil Download PDF

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Abstract

Eine Steuervorrichtung erfasst einen Zeitpunkt P1, bei dem eine Spannung eines piezoelektrischen Elements in einem Kraftstoffeinspritzventil zeitweise bzw. vorübergehend ansteigt, wenn eine Nadel eine Einspritzöffnung schließt. Dies basiert auf der Erkenntnis, wonach es einen geringfügigen Spannungsanstieg im Kurvenverlauf einer piezoelektrischen Spannung zum Zeitpunkt t7 gibt, bei dem die Einspritzöffnung durch die Nadel geschlossen wird. Die Steuervorrichtung berechnet eine Nadelfallzeitdauer T10, welche von einem Zeitpunkt eines Beendens bzw. Abschlusses des Ladens des piezoelektrischen Elements bis zu dem Zeitpunkt t7 gezählt wird, bei dem die Nadel das Einspritzventil schließt. Die Steuervorrichtung steuert basierend auf der berechneten Nadelfallzeitdauer den Betrag zum Laden des piezoelektrischen Elements, beispielsweise einen Spitzenwert der piezoelektrischen Spannung während der Ladedauer, und steuert dadurch einen Hubbetrag der Nadel mit hoher Genauigkeit, wenn die Einspritzöffnung geöffnet ist.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • 1. Technisches Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung für Kraftstoffdirekteinspritzventile. Die Steuervorrichtung steuert Kraftstoffdirekteinspritzventile, bei denen jedes der Kraftstoffdirekteinspritzventile ein Ventilteil und ein piezoelektrisches Element aufweist. Bei dem Kraftstoffdirekteinspritzventil wird das Ventilteil betätigt, um Kraftstoff durch Verformen des piezoelektrischen Elements einzuspritzen.
  • 2. Beschreibung des Standes der Technik
  • Ein Kraftstoffeinspritzventil zum Einspritzen eines Kraftstoffs in eine entsprechende Verbrennungskammer einer Verbrennungskraftmaschine besteht hauptsächlich aus einem Ventilkörper, einem Ventilteil, und einem Aktuator zum Bedienen des Ventilteils. Eine Einspritzöffnung ist in dem Ventilkörper ausgebildet. Das Ventilteil ist in dem Ventilkörper zum Öffnen und zum Schließen der Einspritzöffnung des Ventilkörpers platziert. Ein piezoelektrisches Element dient als ein solcher Aktuator in dem Kraftstoffdirekteinspritzventil. Die Verformung des piezoelektrischen Elements wird an das Ventilteil übermittelt, um die Durchgangsöffnung des Ventilkörpers in dem Kraftstoffdirekteinspritzventil zu öffnen und zu schließen.
  • Das piezoelektrische Element dient als Aktuator. Wenn das piezoelektrische Element in einer solchen Art des Kraftstoffeinspritzventils geladen wird, verformt, d. h. dehnt sich das piezoelektrische Element aus. Dies macht es möglich, die Durchgangsöffnung des Ventilkörpers durch das Ventilteil zu öffnen. Je mehr die in dem piezoelektrischen Element angesammelte Ladung erhöht wird, desto mehr nimmt der Ausdehnbetrag des piezoelektrischen Elements zu. Dies macht es möglich, die Hubmenge bzw. den Hubbetrag des piezoelektrischen Elements zu erhöhen, um die Einspritzöffnung des Ventilkörpers zu öffnen. Die Zunahme der in dem piezoelektrischen Element angesammelten Ladung macht es dadurch möglich, den Einspritzbetrag eines Kraftstoffs pro Öffnen der Einspritzöffnung des Ventilkörpers zu erhöhen.
  • Die japanische Offenlegungsschrift JP 2008-240544 hat eine solche Art des Kraftstoffeinspritzventils offenbart.
  • Jedoch verändern die Temperatureigenschaften des piezoelektrischen Elements in den Kraftstoffdirekteinspritzventil und die ungleiche Form von Komponenten des Kraftstoffdirekteinspritzventils die Beziehung zwischen der im piezoelektrischen Element angesammelten Ladung und der Hubmenge des Ventilteils. Dadurch wird außerdem ein Unterschied oder eine Beziehung zwischen einem tatsächlichen Kraftstoffeinspritzbetrag und einem gewünschten Kraftstoffeinspritzbetrag verändert bzw. schwankt.
  • KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Steuervorrichtung für Kraftstoffdirekteinspritzventile zu schaffen, welche geeignet ist, Schwankungen eines Kraftstoffeinspritzbetrags zu senken und einen Kraftstoff mit hoher Genauigkeit einzuspritzen.
  • Um die oben genannten Ziele zu erreichen, schafft die vorliegende Erfindung eine Steuervorrichtung für Kraftstoffdirekteinspritzventile, welche eine Spannungserfassungsvorrichtung, eine Spannungsanstiegserfassungsvorrichtung, eine Fallzeitberechnungseinrichtung, und eine Ladebetragssteuereinrichtung aufweist. Die Spannungserfassungseinrichtung erfasst eine Spannung des piezoelektrischen Elements, welche in das Kraftstoffdirekteinspritzventil platziert ist. Die Spannungsanstiegserfassungseinrichtung erfasst einen Zeitpunkt von Beginn eines Spannungsanstiegs in der Wellenform bzw. im Kurvenverlauf einer piezoelektrischen Spannung des piezoelektrischen Elements, wenn die piezoelektrische Spannung beginnt anzusteigen, was durch Beendigung bzw. Abschluss des Schließens der Einspritzöffnung des Ventilkörpers durch das Ventilteil verursacht wird. Die Fallzeitberechnungseinrichtung berechnet einen Zeitraum für das Fallen des Ventilteils des Ventilkörpers auf eine Kontaktfläche (oder einer Sitzfläche), um die Einspritzöffnung zu schließen, die von einem Zeitpunkt, bei dem das Entladen beginnt, bis zu einem Zeitpunkt gezählt wird, bei dem das Schließen der Einspritzöffnung des Ventilkörpers durch das Ventilteil abgeschlossen ist, und zwar basierend auf dem Zeitpunkt des Beginns des Spannungsanstiegs des piezoelektrischen Elements. Die Ladebetragssteuereinrichtung steuert die in dem piezoelektrischen Element angesammelte Ladung basierend auf dem Zeitraum für das Fallen des Ventilteils, um den Hubbetrag des Ventilteils von der Sitzfläche des Ventilkörpers zu steuern.
  • Eine Reaktionskraft wird auf das Ventilteil ausgeübt, wenn das Ventilteil mit der Kontaktfläche des Ventilkörpers bei Abschluss des Schließen der Einspritzöffnung des Ventilkörpers durch das Ventilteil steht. Die auf das Ventilteil ausgeübte Kraft wird an das piezoelektrische Element übertragen. Dadurch werden zwischen Elektroden des piezoelektrischen Elements durch den piezoelektrischen Effekt elektrische Ladungen erzeugt.
  • Eine Spannung zwischen den Elektroden wird dadurch vorübergehend erhöht (nachstehend als die ”piezoelektrische Spannung” bezeichnet). 5B zeigt die Veränderung von einer solchen piezoelektrischen Spannung des piezoelektrischen Elements in dem Kraftstoffdirekteinspritzventil, bei dem das Bezugszeichen P1 den Spannungsanstieg des piezoelektrischen Elements angibt, wenn das Ventilteil mit der Sitzfläche des Ventilkörpers in Kontakt steht. Das bedeutet, dass die piezoelektrische Spannung sich nach Beginn der Entladung allmählich verringert, wenn das Ventilteil auf die Sitzfläche des Ventilkörpers fällt, und die Einspritzöffnung durch das Ventilteil schließlich geschlossen wird.
  • Nach Beendigung bzw. Abschluss der Abnahme der piezoelektrischen Spannung bleibt die piezoelektrische Spannung während eines konstanten Zeitraums konstant. Während des konstanten Zeitraums wird die piezoelektrische Spannung in dem Spannungskurvenverlauf vorübergehend zum Zeitpunkt P1 erhöht.
  • Dementsprechend ist es möglich, den Abschlusszeitpunkt für das Schließen der Einspritzöffnung des Ventilkörpers durch das Ventilteil basierend auf dem Zeitpunkt von Beginn des Spannungsanstiegs zwischen den Elektroden des piezoelektrischen Elements zu erfassen. Dadurch kann die Zeitdauer bzw. der Zeitraum für das Fallen des Ventilteils, um die Einspritzöffnung des Ventilkörpers zu schließen, korrekt ermittelt werden. Je länger der Zeitraum für das Fallen des Ventilteils wird, desto größer wird der Hubbetrag des Ventilteils von der Sitzfläche des Ventilkörpers. Das heißt, es möglich ist, den Zeitraum für das Fallen des Ventilteils auf die Kontaktfläche des Ventilkörpers zu, um die Einspritzöffnung zu schließen, basierend auf dem Zeitpunkt von Beginn des piezoelektrischen Spannungsanstiegs zu ermitteln. Da eine starke Abhängigkeit zwischen dem Zeitraum für das Fallen des Ventilelements und dem Hubbetrag des Ventilteils von der Sitzfläche des Ventilkörpers, wenn die in den piezoelektrischen Element angesammelte Ladung basierend auf dem obenstehend ermittelten Zeitraum für das Fallen des Ventilteils gesteuert wird, besteht, ist es möglich einen tatsächlichen Hubbetrag des Ventilteils (um die Einspritzöffnung zu öffnen) an einen gewünschten Hubbetrag des Ventilteils von der Sitzfläche des Ventilkörpers anzunähern.
  • Basierend auf der vorstehenden Erkenntnis schafft die vorliegende Erfindung eine Steuervorrichtung zum Steuern des Kraftstoffdirekteinspritzungsventils. Insbesondere erfasst die Steuervorrichtung den Zeitpunkt in einem Kurvenverlauf der piezoelektrischen Spannung, bei dem ein Anstieg der piezoelektrischen Spannung des piezoelektrischen Elements aufgrund des Abschlusses des Schließvorgangs zum Schließen der Einspritzöffnung des Ventilkörpers durch das Ventilteil erzeugt wird. Die Steuervorrichtung steuert den Ladebetrag (z. B. den Spitzenwert der piezoelektrischen Spannung während der Ladedauer) zu dem piezoelektrischen Element, basierend auf dem Zeitraum für das Fallen des Ventilteils, welcher basierend auf dem Zeitpunkt von Beginn des Spannungsanstiegs des piezoelektrischen Elements berechnet wird, um den Hubbetrag des Ventilteils von der Sitzfläche des Ventilkörpers zu steuern. Es ist dadurch möglich, den Hubbetrag des Ventilteils mit hoher Genauigkeit zu steuern, und dadurch den Einspritzbetrag eines Kraftstoffs durch die Einspritzöffnung des Ventilkörpers in das Kraftstoffdirekteinspritzventil mit hoher Genauigkeit zu steuern.
  • Als weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung bei der Steuervorrichtung für Kraftstoffdirekteinspritzventile führt die Ladebetragssteuereinrichtung mehrfach einen Strom zu dem piezoelektrischen Element zu, um die Spannung (piezoelektrische Spannung) zwischen den Elektroden des piezoelektrischen Elements allmählich zu erhöhen, und steuert den Zeitraum zum Zuführen des Stroms bei der letzten Zufuhrzeit, in dem ermittelten Zeitraum für das Fallen des Ventilteils. Dies macht es möglich, den Ladebetrag des piezoelektrischen Elements mit hoher Genauigkeit zu steuern.
  • Die allmähliche Zunahme der in dem piezoelektrischen Element angesammelten Ladung durch mehrfaches Zuführen von Strom erhöht den Hubbetrag des Ventilteils entsprechend der Zunahme der angesammelten Ladung. Dies öffnet allmählich die Einspritzöffnung des Ventilkörpers und dadurch nimmt außerdem der Einspritzbetrag (Rate) eines Kraftstoffs allmählich zu. Da die Veränderung des Einspritzbetrags eines Kraftstoffs nach Beginn der Einspritzung den Verbrennungszustand der Verbrennungskammer der Verbrennungskraftmaschine sofort stark beeinflusst, wird der Einfluss durch den Zeitraum zum Zuführen des Stroms zu dem piezoelektrischen Element durch Wiederholen der Stromzufuhr zu dem piezoelektrischen Element gering. Dadurch gibt es ein Problem des Verbrennungszustands der Kraftstoffkammer, welcher unterschiedlich zu einem gewünschten Verbrennungszustand wird, wenn der Zeitraum zum Zuführen des Stroms zu dem piezoelektrischen Element, basierend auf dem Zeitraum für das Fallen des Ventilelements, um die in dem piezoelektrischen Element angesammelte Ladung zu steuern, gesteuert wird.
  • Um dieses Problem zu vermeiden, steuert die Steuervorrichtung entsprechend der vorliegenden Erfindung den Zeitraum zum Zuführen von Strom bei der letzten Kraftstoffzufuhr, basierend auf dem Zeitraum für das Ventilteil für das Fallen der Kontaktfläche (oder der Sitzfläche) des Ventilkörpers. Dies macht es möglich, den Ladebetrag zu dem piezoelektrischen Element korrekt zu steuern, und ermöglicht dadurch, den Einspritzbetrag eines Kraftstoffs, während der Einfluss des Zeitraums zum Zuführen von Strom zu dem piezoelektrischen Element unterdrückt wird, zu dem Verbrennungszustand der Verbrennungskammer der Verbrennungskraftmaschine so gering wie möglich einzustellen.
  • Als weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung bei der Steuervorrichtung für Kraftstoffdirekteinspritzventile erfasst die Spannungsanstiegserfassungseinrichtung den Zeitpunkt als den Zeitpunkt, bei dem der Spannungsanstieg des piezoelektrischen Elements beginnt, wenn die Spannung, welche durch die Spannungserfassungseinrichtung erfasst wird, größer als ein vorbestimmter Spannungswert nach Abschluss des Entladens des piezoelektrischen Elements wird. Die Steuervorrichtung macht es möglich, ohne weiteres den Zeitpunkt von Beginn des Spannungsanstiegs des piezoelektrischen Elements zu erfassen.
  • Außerdem ist es für die Steuervorrichtung möglich, eine Spitzenwerthalteschaltung zu verwenden, um den Zeitpunkt zur Erzeugung des Spitzenwerts der piezoelektrischen Spannung nach Abschluss des Entladens des piezoelektrischen Elements zu erfassen. Die Steuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung erlaubt die Verwendung von diesem erfassten Zeitpunkt als den Zeitpunkt, um den Spannungsanstieg des piezoelektrischen Elements zu erzeugen, zum Erzeugen des Spitzenwerts der piezoelektrischen Spannung.
  • Gemäß eines anderen Aspekts der vorliegenden Erfindung wird die Steuervorrichtung für Kraftstoffdirekteinspritzventile vorgesehen, welche eine Spannungserfassungseinrichtung, eine Spannungsabfallzustandserfassungseinrichtung, eine Hubzeitraumberechnungseinrichtung, und eine Ladebetragssteuereinrichtung aufweist.
  • Die Spannungserfassungseinrichtung erfasst eine piezoelektrische Spannung des piezoelektrischen Elements. Die Spannungsabfallzustandserfassungseinrichtung erfasst einen Zeitpunkt, wenn die Spannungsabfallgeschwindigkeit der piezoelektrischen Spannung kleiner oder gleich als ein vorbestimmter Geschwindigkeitswert ist oder nach Abschluss des Ladens des piezoelektrischen Elements Null wird. Die Ventilteilhubzeitraumberechnungseinrichtung berechnet den Ventilteilhubzeitraum, welcher von dem Zeitpunkt von Beginn des Ladens des piezoelektrischen Elements zu einem Zeitpunkt zum Schließen des Öffnungsvorgangs der Einspritzöffnung des Ventilkörpers gezählt wird, basierend auf dem Zeitpunkt, wenn die Abfallgeschwindigkeit der piezoelektri schen Spannung kleiner oder gleich eines vorbestimmter Wert ist oder Null wird. Die Ladebetragssteuereinrichtung steuert den Ladebetrag des piezoelektrischen Elements, basierend auf dem Ventilteilhubzeitraum, um den Betrag des Hubs des Ventilteils zum Öffnen der Einspritzöffnung des Ventilkörpers zu steuern.
  • Wenn die piezoelektrische Spannung einen vorbestimmten Spannungswert nach Beginn das piezoelektrische Element (bei dem Zeitpunkt t1, welcher in 8 gezeigt ist) zu laden erreicht, beginnt das piezoelektrische Element zu schrumpfen und der Öffnungsbetrieb zum Öffnen der Einspritzöffnung des Ventilkörpers beginnt dadurch (bei dem Zeitpunkt t2, welcher in 8 gezeigt ist). Da das piezoelektrische Element eine von dem Ventilteil ausgeübte Reaktionskraft während der Anfangsdauer zum Laden erhält, welche von dem Zeitpunkt t1 von Beginn des Ladens zu dem Zeitpunkt t2 von Beginn des Schrumpfens des Kraftstoffdirekteinspritzventils gezählt wird, wird elektrische Ladung in den piezoelektrischen Element durch den piezoelektrischen Effekt erzeugt und gesammelt.
  • Dadurch kann festgestellt werden, dass der Anstieg der piezoelektrischen Spannung des piezoelektrischen Elements während der Anfangsdauer t1 zu t2 zum Laden, den geladenen Teil, welcher die Spannung durch das Laden erhöht, und den piezoelektrischen Teil, welcher die Spannung durch den piezoelektrischen Effekt erhöht, enthält.
  • Nachdem das piezoelektrische Element zu schrumpfen beginnt, (nach der Anfangsladedauer), wird die Größe der Reaktionskraft allmählich verringert, und wird bei dem Zeitpunkt, wenn das Ventilteil durch einen vorbestimmten Hubwert angehoben wird, Null, und das Ventilteil gestoppt wird (bei dem Zeitpunkt t4, welcher in 8 gezeigt ist).
  • Der piezoelektrische Teil der elektrischen Ladungen, welche während der Anfangsdauer t1 zu t2 zum Laden in dem piezoelektrischen Element gesammelt werden, (ausgewählt durch die abwechselnd lange und kurze Strichlinie, welche in 8B gezeigt ist) wird allmählich von dem Zeitpunkt t2 verringert, und schließlich bei dem Zeitpunkt t4, wenn der Ablauf bzw. Betrieb zum Öffnen der Einspritzöffnung des Ventilkörpers durch das Ventilteil gestoppt wird, Null erreicht.
  • Andererseits wird der zuvor beschriebene geladene Teil nach Beginn, wenn das piezoelektrische Element schrumpft (nach der Anfangsdauer zum Laden), zunehmen, und die Zunahme des geladenen Teils bei dem Zeitpunkt, wenn das Laden abgeschlossen ist (bei dem Zeitpunkt t3, der in 8A gezeigt ist) gestoppt wird.
  • Wie obenstehend beschrieben wird die piezoelektrische Spannung des piezoelektrischen Elements, welche durch das geladene Bauteil und das piezoelektrische Bauteil (ausgewählt durch eine durchgezogenen Linie, die in 8B gezeigt ist) erzeugt wird, hauptsächlich abhängig von dem geladenen Bauteil während der Dauer, die von dem Zeitpunkt t1 (das Laden beginnen) zu dem Zeitpunkt t3 gezählt wird, und allmählich von dem Zeitpunkt t3 (zum Abschluss des Ladens) zu dem Zeitpunkt t4 zum Beenden des Einspritzöffnungsöffnungsbetrieb entsprechend der Abnahme der Spannung des piezoelektrischen Bauteils L2 verändert. Die Abnahme der Spannung des piezoelektrischen Bauteils L2 ist bei dem Zeitpunkt t4 abgeschlossen. Die piezoelektrische Spannung des piezoelektrischen Elements wird nur konstant, abhängig von dem geladenen Bauteil nach dem Zeitpunkt t4, wenn der Betrieb zum Öffnen der Einspritzöffnung des Ventilkörpers durch das Ventilteil beendet wird.
  • Von dem obenstehend beschriebenen Standpunkt, bestimmen die Erfinder gemäß der vorliegenden Erfindung, dass der Zeitpunkt, wenn die Abnahme der piezoelektrischen Spannung abgeschlossen ist, nachdem der Abschluss des Ladens gleich zu dem Zeitpunkt t4, wenn der Betrieb zum Öffnen der Einspritzöffnung des Ventilkörpers abgeschlossen ist, gleich ist. Dementsprechend ist es möglich, den Zeitpunkt t4 zu ermitteln, wenn der Ablauf zum Öffnen der Einspritzöffnung des Ventilkörpers abgeschlossen ist, nachdem der Abschluss des Ladens, basierend auf dem vorbestimmten Zeitpunkt, wenn die Abnahmegeschwindigkeit der piezoelektrischen Spannung nach dem Abschluss des Ladens kleiner oder gleich die vorbestimmte Geschwindigkeit ist oder Null wird. Dies macht es möglich, den Ventilteilhubzeitraum zum Anheben des Ventilkörpers zu bestimmen. Je mehr der Ventilteilhubzeitraum zum Anheben des Ventilteils lang ist, desto mehr wird der Öffnungsbetrag (oder die gehobene Länge des Ventilteils) der Einspritzöffnung des Ventilkörpers erhöht.
  • Das bedeutet, dass es für die Steuervorrichtung möglich ist, den Ventilteilhubzeitraum zum Anheben des Ventilteils basierend auf dem vorbestimmten Zeitpunkt zu ermitteln, wenn die Spannungsabfallgeschwindigkeit der piezoelektrischen Spannung nach dem Abschluss des Ladens kleiner oder gleich die vorbestimmte Abfallgeschwindigkeit oder gleich Null ist. Da dieser Hubzeitraum im hohen Maße mit dem Hubbetrag zum Anheben des Ventilelements zum Öffnen der Einspritzöffnung des Ventilkörpers korreliert, ist es für den tatsächlichen Hubbetrag des Ventilteils möglich, sich an den gewünschten Hubbetrag davon mit hoher Genauigkeit anzunähern.
  • Von dem obenstehenden Standpunkt gemäß der vorliegenden Erfindung, erfasst die Steuervorrichtung in dem Kurvenverlauf der piezoelektrischen Spannung den vorbestimmten Zeitpunkt, wenn die Spannungsabfallgeschwindigkeit der piezoelektrischen Spannung, wenn der Abschluss des Ladens kleiner oder gleich die vorbestimmte Abfallgeschwindigkeit oder gleich Null ist. Die Steuervorrichtung steuert den Hubbetrag zum Öffnen des Ventilteils durch Steuern der angesammelten Ladung (z. B. den Spitzenwert der piezoelektrischen Spannung während des Ladens) des piezoelektrischen Elements zusätzlich zu dem Ventilteilhubzeitraum, welcher basierend auf dem vorbestimmten Zeitpunkt berechnet wird. Dies macht es möglich, den Hubbetrag zum Öffnen der Einspritzöffnung des Ventilkörpers mit hoher Genauigkeit zu steuern und den Einspritzbetrag durch die Durchgangsöffnung des Ventilkörpers mit hoher Genauigkeit zu steuern.
  • Als weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung schafft die Steuerungsvorrichtung für Kraftstoffdirekteinspritzventile die Ladebetragssteuereinrichtung, welche mehrmals Strom zu dem piezoelektrischen Element zuführt, um allmählich die piezoelektrische Spannung des piezoelektrischen Elements zu erhöhen und das piezoelektrische Element zu laden. Ferner steuert die Steuervorrichtung den Zeitraum zum Zuführen des Stroms bei dem letzten Stromzuführzeitpunkt basierend auf dem Ventilteilhubzeitraum, um die in dem piezoelektrischen Element angesammelte Ladung zu steuern.
  • Wenn allmählich die in dem piezoelektrischen Element angesammelte Ladung durch mehrfaches Zuführen von Strom zunimmt, wird außerdem der Hubbetrag zum Öffnen der Einspritzöffnung des Ventilkörpers allmählich erhöht. Dadurch wird außerdem der Einspritzbetrag oder -rate allmählich erhöht. Da die Veränderung des Kraftstoffeinspritzbetrags oder -rate sofort nach Beginn der Kraftstoffeinspritzung den Verbrennungszustand der Verbrennungskammer der Verbrennungskraftmaschine stark beeinflusst, wird der Einfluss der Stromzufuhrdauer auf den Verbrennungszustand der Verbrennungskammer mit jeder Wiederholung der Stromzufuhr zu dem piezoelektrischen Element verringert.
  • Dementsprechend besteht, durch Steuern der Ladung, um in dem piezoelektrische Element durch Steuern der ersten Stromzufuhrzeit zum Zuführen des Stroms in der ersten Zeit gesammelt zu werden, basierend auf dem Ventilteilhubzeitraum, eine Möglichkeit den tatsächlichen Verbrennungszustand, welcher von dem gewünschten Verbrennungszustand der Verbrennungskraftmaschine unterschiedlich ist, aufzuweisen.
  • Um dies zu vermeiden, steuert die Steuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung den Ladezeitraum zum Zuführen von Strom zu dem piezoelektrischen Element bei der letzten Stromzuführzeit, basierend auf dem Ventilteilhubzeitraum zum Anheben des Ventilteils. Dies steuert die in dem piezoelektrischen Element angesammelte Ladung und stellt den Einspritzbetrag zum Einspritzen eines Kraftstoffs in die Verbrennungskammer der Verbrennungskraftmaschine ein, während der Einfluss auf dem Verbrennungszustand der Verbrennungskammer so gering wie möglich verringert wird.
  • Als weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung bei der Steuervorrichtung, erfasst die Spannungsabfallzustandserfassungseinrichtung den Zeitpunkt, als den vorbestimmten Zeitpunkt, wenn ein Differenzwert, der durch die Spannungserfassungseinrichtung erfasste Spannung kleiner als der vorbestimmte Schwellenwert nach Abschluss des Laden des piezoelektrischen Elements wird, oder der Zeitpunkt, wenn dieser Differenzwert, der durch die Spannungserfassungseinrichtung erfasste Spannung Null wird. Dies macht es möglich, ohne weiteres den vorbestimmten Zeitpunkt zu erfassen.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
  • Eine bevorzugte, nicht beschränkende Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird beispielhaft mit Bezug auf die begleitenden Figuren beschrieben, wobei:
  • 1 eine komplette Ansicht zeigt, welche hauptsächlich ein Kraftstoffeinspritzsystem zeigt, das mit einer Steuervorrichtung und Kraftstoffdirekteinspritzventile gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgestattet ist;
  • 2 eine Ansicht zeigt, welche einen Querschnitt des in 1 gezeigten Kraftstoffdirekteinspritzventils zeigt;
  • 3 eine Ansicht zeigt, welche hauptsächlich eine Steuereinheit zeigt, welche als ein Steuerschaltkreis zum Steuern des piezoelektrischen Elements dient;
  • 4A bis 4E Zeitdiagramme zeigen, welche Steuervorgänge des Kraftstoffdirekteinspritzungsventils zeigen;
  • 5A bis 5D Zeitdiagramme zeigen, welche ein Verfahren zum Erfassen eines tatsächlichen Hubbetrags einer Nadel (Ventilteil) in dem Kraftstoffdirekteinspritzventil zeigt, das durch die Steuervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgeführt wird;
  • 6A eine Ansicht zeigt, welche eine Beziehung zwischen einem Nadelhubzeitraum, der in 5A bis 5E gezeigt ist, einem Nadelfallzeitraum, der in 8A bis 8D gezeigt ist, und einem Nadelhubbetrag zeigt;
  • 6B eine Ansicht zeigt, welche eine Beziehung zwischen dem Nadelhubzeitraum, dem Nadelfallzeitraum, und einer Spitzenspannung eines piezoelektrischen Elements in dem Kraftstoffdirekteinspritzventil zeigt;
  • 6C eine Ansicht zeigt, welche eine Beziehung zwischen einem Common Rail-Druck und der Spitzenspannung des piezoelektrischen Elements zeigt;
  • 7 ein Flussdiagramm zeigt, welches den Steuerprozess des Kraftstoffdirekteinspritzventils durch die Steuervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung steuert;
  • 8A bis 8D Zeitdiagramme zeigen, welche ein Verfahren zum Erfassen eines tatsächlichen Betrags einer Nadel (Ventilteils) in dem Kraftstoffdirekteinspritzventil zeigt, das durch die Steuervorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgeführt wird; und
  • 9 ein Zeitdiagramm zeigt, welches einen Steuerprozess des Kraftstoffdirekteinspritzventils durch die Steuervorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Nachstehend werden verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die begleitenden Figuren beschrieben. Bei der nachfolgenden Beschreibung der verschiedenen Ausführungsformen bezeichnen gleiche Bezugszeichen oder -nummern gleiche oder gleichwertige Komponententeile über mehrere Diagramme hinweg.
  • Erste Ausführungsform
  • Eine Beschreibung folgt für die Steuervorrichtung für Kraftstoffdirekteinspritzventile gemäß der ersten Ausführungsform in Bezug auf 1 bis 7.
  • 1 zeigt eine komplette Ansicht, welche hauptsächlich ein Kraftstoffeinspritzsystem für Verbrennungskraftmaschinen für Dieselmotoren gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Gemäß der ersten Ausführungsform weist das Kraftstoffeinspritzsystem eine Ansteuereinheit 20, die ECU 60, und vier Kraftstoffdirekteinspritzventile 10 auf.
  • Wie in 1 gezeigt ist, erhöht eine Hochdruckkraftstoffpumpe 4 den Druck eines in einem Kraftstofftank 2 gespeicherten Kraftstoffs und führt den Hochdruckkraftstoff zu einer Common-Rail bzw. Sammelschiene (Speichertank zum Speichern von Kraftstoff) zu. Die Common-Rail 6 sammelt den Hochdruckkraftstoff, welcher von dem Kraftstofftank 2 durch die Hochdruckkraftstoffpumpe 4 zugeführt wird. Die Common-Rail 6 liefert den Hochdruckkraftstoff durch Hochdruckkraftstoffleitungen 8 zu einer Anzahl von piezoelektrischen Injektoren 10 (die Struktur der ersten Ausführungsform weist vier piezoelektrische Injektoren 10 auf, wie in 1 gezeigt ist). Die piezoelektrischen Injektoren stehen mit Niedrigdruckkraftstoffleitungen 12 in Verbindung. Durch die Niedrigdruckkraftstoffleitungen 12 wird der Kraftstoff in den piezoelektrischen Injektoren zu dem Kraftstofftank 2 zurückgeführt.
  • Gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält die Steuervorrichtung die Ansteuereinheit 20 und die ECU 60. Die ECU 60 weist einen Mikrocomputer und Speicher, wie z. B. einen Arbeitsspeicher (RAM) und einen Festwertspeicher (ROM) auf. Die ECU 60 steuert die Abgabe einer Verbrennungskraftmaschine basierend auf Erfassungsergebnisse, welche von einem Kraftstoffdrucksensor 14, einem Kurbelwinkelsensor 16, einem Beschleunigungssensor 18, etc. übertragen werden. Der Kraftstoffdrucksensor 14 erfasst einen Innendruck eines Kraftstoffes der Common-Rail 6. Der Kurbelwinkelsensor 16 erfasst einen Drehwinkel einer Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine. Der Beschleunigungssensor 18 erfasst einen Hub eines Gaspedals, wenn der Fahrer eines Fahrzeugs das Gaspedal niederdrückt.
  • 2 zeigt eine Ansicht, welche eine piezoelektrische Einspritzung 10 zeigt, welche als das in 1 gezeigte Kraftstoffdirekteinspritzventil dient.
  • Wie in 2 gezeigt ist, weist die piezoelektrische Einspritzung 10 einen Ventilkörperaufbau auf, welcher aus einer Mehrzahl von Ventilkörpern 30a, 30b, 30c und 30d besteht. Eine Einspritzöffnung 32 ist an einem vorderen Teil des Ventilkörpers 30d ausgebildet, durch das das Innere des Ventilkörpers 30d mit dem äußeren Teil der piezoelektrischen Einspritzung 10 in Verbindung steht. Das bedeutet, dass die piezoelektrische Einspritzung 10 einen Kraftstoff durch die Durchgangsöffnung 32 in das Innere der entsprechenden Verbrennungskammer einspritzt. Die piezoelektrische Einspritzung 10 weist die Nadel 34 (welche dem ”Ventilelement” entspricht), einen Nadelanschlag 36, und einen Ausgleichskolben 38 auf, welche in der Reihenfolge mit dem Inneren des Ventilkörpers 30d bei Betrachtung von dem Frontteil der piezoelektrischen Einspritzung 10 gestapelt sind. Die Nadel 34, der Nadelanschlag 36, und der Ausgleichskolben 38 gleiten oder bewegen sich entlang der Innenwand des Ventilkörpers 30d. Eine Nadelkammer 35 ist zwischen der Nadel 34 und der inneren Wand des Ventilkörpers 30d ausgebildet. Ein Hochdruckkraftstoff wird von dem Hochdruckkraftstoffleitungen 8 zu einer Ausgleichskammer 39 zugeführt, welche an einer Rückflächenseite des Ausgleichskolbens 38 ausgebildet ist.
  • Eine hintere Druckkammer 41 ist an der gegenüberliegenden Oberflächenseite des Nadelanschlags 36, welcher der Seite der Einspritzöffnung 32 gegenüberliegt und der inneren Wand des Ventilkörpers 30c ausgebildet. Diese hintere Druckkammer 41 steht mit der Niedrigdruckkraftstoffleitung 12 in Verbindung. Der in der hinteren Druckkammer 41 gespeicherte Niedrigdruckkraftstoff wird zu der Niedrigdruckkraftstoffleitung 12 zu dem Kraftstofftank 2 entladen. Eine Feder 40 ist in der hinteren Druckkammer 41 platziert, mit der der Nadelstopper 36 in Richtung der Seite der Einspritzöffnung 32 bei dem vorderen Teil des Ventilkörpers 30d gedrückt wird (nachfolgend wird außerdem diese Richtung zu dem Frontteil des Ventilkörpers 30d als das ”Frontendteil” bezeichnet).
  • Andererseits bildet die Oberfläche des Nadelanschlags 36 bei der Seite der Einspritzöffnung 32 (oder der Frontendseite) und einer inneren Wand des Ventilkörpers 30c eine erste öldichte Kammer 42 aus. Die erste öldichte Kammer 42 steht mit einer zweiten öldichten Kammer 46 durch eine Verbindungsleitung 44 in Verbindung. Die zweite öldichte Kammer 46 ist bei dem gegenüberliegenden Bereich des Ausgleichskolbens 38 bei Betrachtung von der Seite der Einspritzöffnung 32 platziert.
  • Der Kraftstoff, als Medium um Leistung zu übertragen, ist in der ersten öldichten Kammer 42, dem Verbindungsweg 44, und der zweiten öldichten Kammer 46 gespeichert.
  • Die zweite öldichte Kammer 46 ist ein Raum, welcher zwischen der Oberfläche des piezoelektrischen Kolbens 48 bei der Seite der Einspritzöffnung 32 und der inneren Wand des Ventilkörpers 30b des Ventilkörperaufbaus unterteilt ist. Der piezoelektrische Kolben 48 ist mit einem Rückschlagventil darin ausgestattet. Diese Struktur des piezoelektrischen Kolbens 48 erlaubt es, den Kraftstoff in der Niedrigdruckkraftstoffleitung 12 in die zweite öldichte Kammer 46 zuzuführen. Der piezoelektrische Kolben 48 ist mit dem piezoelektrischen Element 52 an der hinteren Seite des piezoelektrischen Kolbens 48 verbunden, welcher an der gegenüberliegenden Frontendseite der piezoelektrischen Einspritzung 10 liegt.
  • Das piezoelektrische Element 52 besteht aus einem piezoelektrischen Stapel, in dem eine Mehrzahl von piezoelektrischen Elementen gestapelt ist. Das piezoelektrische Element 52 verformt sich, d. h. dehnt sich aus und schrumpft durch den piezoelektrischen Effekt. Dadurch dient das piezoelektrische Element 52 als Aktuator. Insbesondere ist das piezoelektrische Element 52 eine Kondensatorladung. Das Laden mit elektrischer Leistung dehnt das piezoelektrische Element 52 aus. Andererseits schrumpft das piezoelektrische Element 52, wenn die elektrischen Ladungen entladen werden. Das in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendete piezoelektrische Element 52 besteht aus piezoelektrischem Material, wie z. B. PZT (Pb(Zrx, Ti1-x)O3: Bleizirkonat-Titanat).
  • Es gibt Öffnungskräfte F1 und F2, welche auf die Nadel 34 zum Öffnen der Einspritzöffnung 32 ausgeübt werden, bei dem die Öffnungskraft F1 die Nadel 34 durch den Hochdruckkraftstoff in der Nadelkammer 35 anhebt und die Öffnungskraft F2 den Nadelanschlag 36 in Richtung der hinteren Richtung (in Richtung der Seite des piezoelektrischen Elements 52) durch den Hochdruckkraftstoff in der ersten öldichten Kammer 42 anhebt.
  • Andererseits gibt es eine elastische Kraft G1 einer Feder 40 (eine Druckkraft G1), eine Druckkraft G2, und eine Druckkraft G3, um die Nadel 42 zum Schließen der in dem Ventilkörper 30d ausgebildeten Einspritzöffnung 32 zu drücken. Die Druckkraft G2 drückt den Nadelanschlag 36 in Richtung der Frontendseite der piezoelektrischen Einspritzung 10 durch den Niedrigdruckkraftstoff in der hinteren Druckkammer 51. Die Druckkraft G3 drückt die Rückoberfläche des Ausgleichskolbens 38 in Richtung der Frontendseite durch den Hochdruckkraftstoff in die Ausgleichskammer 39.
  • Das piezoelektrische Element 52 dehnt sich aus, wenn es elektrische Leistung erhält, und dadurch bewegt sich der piezoelektrische Kolben 48 in Richtung des Frontendteils des Ventilkörpers 30a. Dies erhöht den Kraftstoffdruck in der zweiten öldichten Kammer 46, der Verbindungsleitung 44, und der ersten öldichten Kammer 42.
  • Die Öffnungskraft (oder Hubkraft, wie z. B. die Öffnungskräfte F1 und F2) zum Anheben der Nadel 34 in die Richtung, um die Einspritzöffnung 32 zu öffnen, wird schließlich größer als die Druckkraft (die Druckkräfte G1, G2 und G3), um die Einspritzöffnung 32 zu schließen. Dadurch wird die Nadel 34 in Richtung der hinteren Seite des Ventilkörpers 30d derart bewegt, dass die Einspritzöffnung 32 geöffnet wird. Das bedeutet, dass die Kontaktfläche 34a der Nadel 34 von der Sitzfläche 30e des Ventilkörpers 30d getrennt wird, und dadurch die Nadel 34 angehoben wird. Dies macht es möglich, den Hochdruckkraftstoff in dem Ventilkörper 30d durch die Einspritzöffnung 32 nach außen von dem Kraftstoffeinspritzventil 10 zu spritzen, d. h. in die Verbrennungskammer der Verbrennungskraftmaschine.
  • Andererseits, wenn das piezoelektrische Element 52, welches durch entladene elektrische Leistung geladen wird, schrumpft das piezoelektrische Element 52, und der piezoelektrische Kolben 48 wird in Richtung der hinteren Seite des Ventilkörpers 30a verformt, und der Druck in der zweiten öldichten Kammer 46, der Verbindungsleitung 44, und der ersten öldichte Kammer 42 wird verringert.
  • Dies verringert die Öffnungskräfte F1 und F2 zum Öffnen der Einspritzöffnung 32 durch die Nadel 34, und die Öffnungskräfte F1 und F2 werden kleiner als die Druckkräfte G1, G2 und G3. Dadurch wird die Nadel 34 in Richtung der Seite der Einspritzöffnung 32 des Ventilkörpers 30d bewegt, und die Einspritzöffnung 32 wird schließlich geschlossen, wenn die Kontaktfläche 34a der Nadel 34 mit der Sitzfläche 30e des Ventilkörpers 30d in Kontakt steht. Dies schließt den Kraftstoffeinspritzbetrieb ab.
  • Der Verformungsbetrag des piezoelektrischen Elements 52 wird an den Ausgleichskolben 38, den Nadelanschlag 36, und der Nadel 34 durch den Kraftstoff in der zweiten öldichten Kammer 46, der Verbindungsleitung 44, und der ersten öldichten Kammer 42 übermittelt. Dementsprechend wird die Nadel 34 im Verhältnis zu dem ausgedehnten Betrag des piezoelektrischen Elements 52 angehoben und die Nadel 34 ist proportional zu dem Schrumpfbetrag des piezoelektrischen Elements 52 abgesenkt.
  • Bei der piezoelektrischen Einspritzung 10 wird der Hubbetrag in Richtung der hinteren Seite der Ventilkörper 30d, 20c, 30b und 30a entsprechend dem Verformungsbetrag des piezoelektrischen Elements 52 verändert. Der Hubbetrag der Nadel 34 ist proportional zu dem Verformungsbetrag des piezoelektrischen Elements 52. Dies macht es möglich, den Hubbetrag der Nadel zwischen der ersten Position mit dem minimalen Hubbetrag (Null), um die Einspritzöffnung 32 zu schließen und einer zweiten Position mit dem maximalen Hubbetrag, um die Einspritzöffnung 32 zu öffnen, optional zu steuern.
  • Das bedeutet, dass bei Steuerung des elektrischen Zustands des piezoelektrischen Elements 52 durch Zufuhr von elektrischer Leistung zu dem piezoelektrischen Element 52 (z. B. Steuern der piezoelektrischen Spannung zwischen den Elektroden des piezoelektrischen Elements 52), unter Verwendung eines Zeitraums zum Halten des elektrischen Zustands des piezoelektrischen Elements 52, ein konstanter Hubbetrag erfolgt, dies macht es möglich, die Nadel 34 bei einer Zwischenposition durch den Zwischenhubbetrag zu stoppen. Dies macht es möglich, die Nadel 34 durch zwei Stufen anzuheben, wenn die Spannung zwischen den Elektroden des piezoelektrischen Elements 52 nachdem die Nadel 34 bei der Zwischenposition gestoppt wird, verändert wird.
  • Da das Verwenden der piezoelektrischen Einspritzung 10 es möglich macht, den Hubbetrag der Nadel 34 frei zu steuern, kann die Kraftstoffeinspritzrate pro einem Einspritzbetrieb frei verändert werden zusätzlich zu freier Veränderung des Einspritzbetrags pro eines Einspritzbetriebs. Diese Kraftstoffeinspritzrate ist ein Einspritzkraftstoffbetrag von den piezoelektrischen Einspritzer 10 pro Sekunde.
  • 3 zeigt eine Ansicht, welche hauptsächlich die Ansteuereinheit 20 zeigt, die als eine Antriebsschaltung zum Ansteuern des piezoelektrischen Elements 52 dient.
  • Wie in 3 gezeigt ist, wird die von der Batterie B zu der Ansteuereinheit 20 zugeführten elektrischen Leistung zu dem DC/DC-Wandler 21 zugeführt. Der DC/DC-Wandler 21 dient als Verstärker. Der DC/DC-Wandler 21 verstärkt die Spannung der Batterie B (z. B., 12 V) zu einer höheren Spannung (z. B. einer höheren Spannung innerhalb eines Bereichs von 200 bis 300 V), um das piezoelektrische Element 52 zu laden.
  • Der DC/DC-Wandler 21 führt die verstärkte Spannung zu dem Kondensator 22 zu. Einen Anschluss des Kondensators 22 ist mit dem DC/DC-Wandler 21 verbunden, und der andere Anschluss des Kondensators 22 liegt auf Masse oder ist geerdet. Der Kondensator 22 lädt die elektrische Ladung, um zu dem piezoelektrischen Element 52 zugeführt zu werden, wenn die verstärkte Spannung erhalten wird.
  • Die Hochspannungsseite des Kondensators 22, welcher mit dem DC/DC-Wandler 21 verbunden ist, ist mit einem Hochspannungsanschluss des piezoelektrischen Elements 52 durch einen Ladeschalter 23 und einer Lade/Entladespule 24, welche in Reihe geschaltet ist bzw. eine Reihenschaltung aufweist, verbunden ist. Ein Niederspannanschluss des piezoelektrischen Elements 52 ist geerdet. Ein Knoten zwischen dem Ladeschalter 23 und der Lade/Entladespule 24 ist mit einem Anschluss des Entladeschalters 25 verbunden. Der andere Anschluss des Entladeschalters 25 ist geerdet.
  • Der Entladeschalter 25 ist mit einer Diode 26 verbunden, um Flussstrom von der Erdung bzw. Masse zu dem Kondensator 22 und der Lade/Entladespule 24 zu fließen. Die Diode 26, der Kondensator 22, der Ladeschalter 23, und die Lade/Entladespule 24 bilden eine Lade-Chopper-Schaltung. Die Diode 26 dient als Freilaufdiode.
  • Andererseits wird der Ladeschalter 23 parallel mit einer Diode 27 verbunden, um einen Flussstrom von dem Entladeschalter 25 zu dem Kondensator 22 zu fließen. Die Diode 27, der Kondensator 22, die Lade/Entladespule 24, und der Entladeschalter 25 bilden eine Entlade-Chopper-Schaltung, um die elektrischen Ladungen in dem piezoelektrischen Element 52 zu entladen. Die Diode 27 dient außerdem als eine Freilaufdiode.
  • Die ECU 60 erhält ein Erfassungssignal, welches von einer Erfassungseinheit 29 übermittelt wird, welche dem durch das piezoelektrische Element 52 durchfließenden Strom erfasst.
  • Die Steuerung 28 steuert den Betrieb der zuvor beschriebenen Lade-Chopper-Schaltung und der Entlade-Chopper-Schaltung. Die ECU 60 steuert den Betrieb der Steuerung 28. Im Detail, die ECU 60 erhält Erfassungssignale, welche von verschiedenen Arten von Sensoren übermittelt werden. Diese Sensoren erfassen den Verbrennungszustand der Verbrennungskraftmaschine.
  • Die Erfassungseinheit 29 erfasst den Strom, welcher an das piezoelektrische Element 52 angelegt werden soll, und übermittelt das Stromerfassungsergebnis an die ECU 60. Die ECU 60 erzeugt ein Ansteuerpulssignal, mit dem die piezoelektrische Einspritzung 10 angesteuert wird, und übermittelt das Ansteuerpulssignal zu der Steuerung 28.
  • Die Steuerung 28 weist die Lade-Chopper-Schaltung und die Entlade-Chopper-Schaltung an, elektrische Leistung entsprechend der Einspritzanweisung, basierend auf dem von der ECU 60 übermittelten Ansteuerpulssignal derart zuzuführen, dass sich das piezoelektrische Element. ausdehnt und schrumpft. Insbesondere steuert die Steuerung 28 (dient als die Spannungserfassungseinrichtung) den Ladeschalter 23 und den Entladeschalter 25, basierend auf der piezoelektrischen Spannung des piezoelektrischen Elements 52, welche durch den Knoten N1 erfasst wird, und den durch das piezoelektrische Element 52 fließenden Strom, welcher durch den Knoten N2 erfasst wird. Die Steuerung 28 steuert den Ladeschalter 23 und den Entladeschalter 25 basierend auf dem Ansteuerpulssignal.
  • 4A bis 4E zeigen Zeitdiagramme, welche einen Ansteuervorgang zu den piezoelektrischen Einspritzern 10 (dem Kraftstoffdirekteinspritzventil 10) zeigen.
  • Insbesondere zeigt 4A den Übergang des Ansteuerpulssignals. 4B zeigt den Übergang des Betriebs des Ladeschalters 23. 4C zeigt den Übergang des Betriebs des Entladeschalters 25. 4D zeigt den Übergang des Betriebs von Strom, welcher durch das piezoelektrische Element 52 fließt. 4E zeigt den Übergang des Betriebs von Spannung, welche zu dem piezoelektrischen Element 52 zugeführt wird.
  • Wie in 4A bis 4E gezeigt ist, ist das Ansteuerpulssignal ein Steuersignal zum Anweisen der piezoelektrischen Einspritzung 10, um einen Kraftstoff während einer Puls EIN-Dauer mit einer logischen Ebene ”H (hoch)” einzuspritzen. Die Dauer der logischen Ebene H wird als die ”Ansteuerpulsweite tq (ms)” bezeichnet.
  • Eine Kombination der Ansteuerpulsweite tq (ms) und des Hubbetrags der Nadel 34 steuert den Kraftstoffeinspritzbetrag Q (mm3/st) der piezoelektrischen Einspritzung 10 pro Einspritzvorgang zum Öffnen und Schließen der Einspritzöffnung 32. Das bedeutet, je mehr die Ansteuerpulsweite tq (ms) erhöht wird oder je mehr der Hubbetrag der Nadel 34 erhöht wird, desto mehr wird der Einspritzbetrag Q erhöht.
  • Wenn die ECU 60 das Ansteuerpulssignal mit einer ansteigenden Flanke, um den Einspritzvorgang auszuführen, ausgibt, erhält die Steuerung 28 das Ansteuerpulssignal, und weist den Ladeschalter 23 in der Lade-Chopper-Schaltung zum Ausführen des EIN- und AUS-Betriebs an. Dies erhöht den Betriebsstrom, welcher zu dem piezoelektrischen Element 52 zugeführt werden soll, um das piezoelektrische Element 52 zu laden. Insbesondere erzeugt der EIN-Betrieb des Ladeschalters 23 den Regelkreis bzw. geschlossener Regelkreis, welcher aus dem Kondensator 22, dem Ladeschalter 23, der Lade/Entladespule 24, und dem piezoelektrischen Element 52 besteht. Dies führt die elektrischen Ladungen in dem Kondensator 22 zu dem piezoelektrischen Element 52 zu, um das piezoelektrische Element 52 zu laden, und der durch das piezoelektrische Element 52 fließende Strom erhöht sich.
  • Andererseits wird nach Abschluss des EIN-Betriebs des Ladeschalters 23 der Ladeschalter 23 auf AUS gedreht (der AUS-Betrieb des Ladeschalters 23). Der AUS-Betrieb des Ladeschalters 23 erzeugt einen geschlossenen Kreislauf, welcher aus der Lade/Entladespule 24, dem piezoelektrischen Element 52, und der Diode 26 besteht. Dies macht es möglich, die in der Lade/Entladespule 24 erzeugte Schwungleistung in das piezoelektrische Element 52 zu laden. Dies verringert den durch das piezoelektrische Element 52 fließenden Strom.
  • Das Ausführen der Spannungsabfallzerhacksteuerung zum Betätigen des oben beschriebenen Ladeschalters 23 lädt das piezoelektrische Element 52, und die Spannung des Hochspannungsanschlusses des piezoelektrischen Elements 52 wird dadurch erhöht.
  • Andererseits entlädt das piezoelektrische Element 52 die elektrische Ladung unter der Zerhacksteuerung, welche durch den EIN-AUS-Betrieb des Entladeschalters 25 zum Laden/Entladen des Betriebsstroms des piezoelektrischen Elements 52 ausgeführt wird, wenn das Ansteuerpulssignal eine fallende Flanke zum Anweisen für die piezoelektrischen Einspritzer 10 aufweist, um deren Kraftstoffeinspritzung zu beenden. Insbesondere erzeugt der EIN-Betrieb des Ladeschalters 25 einen geschlossenen Kreislauf, welcher aus dem Entladeschalter 25, der Lade/Entladespule 24, und dem piezoelektrischen Element 52 besteht. Das Erzeugen des geschlossenen Kreislaufs entlädt das piezoelektrische Element 52. Der durch das piezoelektrische Element 52 fließende Strom wird erhöht, wenn das piezoelektrische Element 52 geladen wird.
  • Ferner erzeugt die Ausführung des AUS-Betriebs des Entladeschalters 25 nach dem Abschluss des EIN-Betriebs des Entladeschalters 25 einen geschlossenen Kreislauf, welcher aus dem Kondensator 22, der Diode 27, der Lade/Entladespule 24, und den piezoelektrischen Element 52 besteht. Dies macht es möglich, die in der Lade/Entladespule 24 erzeugte Schwungleistung in den Kondensator 22 zu regenerieren.
  • Das Ausführen der obenstehend beschriebenen Spannungsverstärkungszerhacksteuerung entlädt das piezoelektrische Element 52, und der Hochspannanschluss des piezoelektrischen Elements 52 wird dadurch verringert.
  • Im Übrigen weist im Allgemeinen das piezoelektrische Element 52 eine Temperatureigenschaft auf. Je mehr die Temperatur des piezoelektrischen Elements 52 ansteigt, desto weniger dehnt sich das piezoelektrische Element 52 aus, selbst wenn die angesammelte Ladung konstant ist. Dadurch wird die Beziehung zwischen dem Ladebetrag und dem Verformungsbetrag des piezoelektrischen Elements 52 entsprechend der Umgebungstemperatur des piezoelektrischen Elements 52 verändert. Ferner schwanken im Allgemeinen jede der die piezoelektrischen Einspritzer 10 ausbildenden Komponenten in der Form (z. B., die zweite öldichte Kammer 46, die Verbindungsleitung 44, die erste öldichte Kammer 42, etc.). Diese Schwankung verändert die Beziehung zwischen dem Ladebetrag und dem Verformungsbetrag des piezoelektrischen Elements 52. Ferner ist außerdem die Beziehung zwischen dem Ladebetrag und dem Verformungs betrag des piezoelektrischen Elements 52 durch dessen Abnutzung der Sitzfläche 30e des Ventilkörpers 30d durch den Zeitablauf schwankend.
  • Das bedeutet, dass der Verformungsbetrag des piezoelektrischen Elements 52 durch die obenstehenden Gründe schwankend ist, und der Nadelhubbetrag der Nadel 34 außerdem schwankend ist. Dies erzeugt die Schwankung des Kraftstoffeinspritzbetrags Q, welcher durch den Nadelhubbetrag der Nadel 34 gesteuert wird, und dadurch wird es schwierig den Kraftstoffeinspritzbetrag Q mit hoher Genauigkeit einzustellen.
  • Um dieses obenstehende Problem zu vermeiden, besteht die Steuervorrichtung aus der Ansteuereinheit 20 und die ECU 60 berechnet den Soll- bzw. Zielnadelhubbetrag entsprechend eines geforderten Kraftstoffbetrags, und die Ansteuereinheit 20 operiert, um das piezoelektrische Element 52 zu laden, um den Soll-Nadelhubbetrag zu erhalten. Die Steuervorrichtung erfasst den Ist- bzw. tatsächlichen Nadelhubbetrag entsprechend der gesammelten Ladung, und führt die Regelung der gesammelten Ladung derart aus (die Spitzenspannung Up der piezoelektrischen Spannung), dass der erfasste Ist-Nadelhubbetrag sich dem Soll-Nadelhubbetrag basierend auf einem Unterschied zwischen denen annähert.
  • Die herkömmliche Technik weist keine Erfassungseinrichtung zum Erfassen des Ist-Nadelhubbetrags, welcher den Hubbetrag der Nadel von der Sitzfläche des Ventilkörpers anzeigt, bei dem die Einspritzöffnung ausgebildet ist, auf. Es ist dadurch unmöglich für jene herkömmliche Technik die zuvor beschriebene Regelung auszuführen.
  • Andererseits kann die Steuervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung den Nadelhubbetrag mit hoher Genauigkeit erfassen und die Steuerung durch den nachfolgenden Ablauf bzw. Betrieb ausführen.
  • Eine Beschreibung folgt nun für das Verfahren zum Erfassen des Ist-Nadelhubbetrags mit Bezug auf 5A bis 5D.
  • 5A bis 5D zeigen Zeitdiagramme, welche das Verfahren des Erfassens des tatsächlichen Hubbetrags der Nadel 34 (welche als Ventilelement dient) in den Kraftstoffdirekteinspritzventil 10, welche durch die Steuerungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausführt wird, zeigt. Wie zuvor beschrieben, besteht die Steuervorrichtung, wie in 3 gezeigt ist, aus der ECU 60 und der Ansteuereinheit 20.
  • Insbesondere zeigt 5A ein Zeitdiagramm des Betriebsstroms (welcher dem in 4D gezeigten Betriebsstrom entspricht), der durch das piezoelektrische Element 52 fließt. 5B zeigt ein Zeitdiagramm der Spannung (piezoelektrische Spannung) zwischen den Anschlüssen des piezoelektrischen Elements 52, welches nach der Veränderung des Betriebsstroms verändert wird. 5C zeigt ein Flussdiagramm der Kraftstoffeinspritzrate. 5D zeigt ein Zeitdiagramm des Nadelhubbetrags. Da der Ausdehnbetrag des piezoelektrischen Elements 52 im Verhältnis zu dem Nadelhubbetrag steht, kann festgehalten werden, dass 5D das Zeitdiagramm des Ausdehnbetrags des piezoelektrischen Elements 52 zeigt.
  • Bei dem Zeitpunkt t1 unter der Steuerung der ECU 60 führt die Steuerung den Betriebsstrom zu, um das Laden des piezoelektrischen Elements 52 zu beginnen, wobei die piezoelektrische Spannung des piezoelektrischen Elements 52 beginnt anzusteigen (siehe 5A und 5B). Die Öffnungskräfte F1 und F2 sind größer als die Druckkräfte G1, G2 und G3 zum Zeitpunkt t2, die Nadel 34 beginnt zu öffnen (siehe 5D), wobei die Öffnungskräfte F1 und F2 zu der Nadel 34 zugeführt werden, um die Nadel 34 anzuheben und die Einspritzöffnung 32 des Ventilkörpers 32d zu öffnen, und die Druckkräfte G1, G2 und G3 werden zum Drücken der Nadel 42 in Richtung der Schließrichtung ausgeübt, um wie zuvor beschrieben die Einspritzöffnung 32 zu schließen. Hiernach wird der Spannungsanstieg der piezoelektrischen Spannung bei dem Zeitpunkt t3 beendet und der Öffnungsablauf bzw. -betrieb der Nadel 34 zum Öffnen der Einspritzöffnung 32 wird bei dem Zeitpunkt t4 beendet.
  • Wenn der Betriebsstrom bei dem Zeitpunkt t5 fließt, wenn das Entladen des piezoelektrischen Element 52 beginnt, beginnt die piezoelektrische Spannung abzufallen, und der Schließbetrieb zum Schließen der Einspritzöffnung 32 durch die Nadel 34 beginnt. Bei dem Zeitpunkt t6 wird der Spannungsabfall der piezoelektrischen Spannung beendet. Bei dem Zeitpunkt t7 wird außerdem die Nadel 34 zum Schließen der Einspritzöffnung 32 beendet. Die in 5C gezeigte Kraftstoffeinspritzrate wird verändert, basierend auf eine Ansprechverzögerung, welche der Veränderung des Nadelhubbetrags folgt.
  • Die Erfinder stellten das Phänomen fest, in dem eine geringfügige ansteigende Spannung P1 in dem Kurvenverlauf der piezoelektrischen Spannung auftritt, welcher nach dem Laden und Entladen des piezoelektrischen Elements 52 bei dem gleichen Zeitpunkt verändert wird, wenn die Nadel 34 die Einspritzöffnung 32 des Ventilkörpers 30d schließt, das bedeutet, wenn die Kontaktfläche der Nadel 34 mit der Sitzfläche des Ventilkörpers 32d in Kontakt steht.
  • Aus diesem Standpunkt ist es möglich, den Zeitpunkt t7 zu erfassen, wenn der Einspritzöffnungsschließbetrieb durch Erfassen des Zeitpunkt abgeschlossen ist (der Spitzen- bzw. Stoßzeitpunkt t7 der piezoelektrischen Spannung während der Spannungsanstiegsdauer), um den Spannungsanstieg P1 zu erzeugen. Da der Einspritzöffnungsschließbetrieb bei dem Zeitpunkt t5 beginnt, ist es möglich, die tatsächliche Nadelfallzeitdauer T10 (wie die Ventilteilfallzeitdauer) entsprechend des Unterschieds zwischen dem Zeitpunkt t5 und dem Zeitpunkt t7 zu berechnen. Da der Nadelhubbetrag proportional zu der tatsächlichen Nadelfallzeitdauer T10 steht, wie in 6A gezeigt ist, ist es möglich den Nadelhubbetrag, basierend auf der berechneten tatsächlichen Nadelfallzeitdauer T10, zu berechnen.
  • Als Nächstes wird nun eine Beschreibung für den Grund angegeben, warum der Spannungsanstieg P1 in dem Kurvenverlauf der piezoelektrischen Spannung zu dem gleichen Zeitpunkt t7 auftritt, wenn die Einspritzöffnung 32 durch die Nadel 34 geschlossen wird.
  • Eine Reaktionskraft wird von der Sitzfläche 30e des Ventilkörpers 30d zu der Nadel 34 zum Zeitpunkt t7 ausgeübt, wenn die Nadel 34 mit der Sitzfläche 30e des Ventil körpers 30d in Kontakt steht, wenn der Einspritzöffnungsschließbetrieb abgeschlossen ist. Diese Reaktionskraft wird anschließend zu dem piezoelektrischen Element 52 durch den Kraftstoff in der ersten öldichten Kammer 42, etc. übermittelt. Dadurch wird elektrische Ladung zwischen den Elektroden des piezoelektrischen Elements 52 durch den piezoelektrischen Effekt erzeugt, wobei die piezoelektrische Spannung dadurch verändert wird. Diese Veränderung der piezoelektrischen Spannung entspricht dem Spannungsanstieg P1 in dem Kurvenverlauf der piezoelektrischen Spannung. Das bedeutet, nachdem das Entladen abgeschlossen ist und der Spannungsabfall der piezoelektrischen Spannung auch abgeschlossen ist, tritt die zeitliche und geringfügige piezoelektrische Spannung bei dem Zeitpunkt t7 auf, während die piezoelektrische Spannung konstant wird. Dieser zeitlich kleine Spannungsanstieg ist der Spannungsanstieg P1 der piezoelektrischen Spannung.
  • Aus dem oben beschriebenen Standpunkt, führt die Steuervorrichtung, welche aus der Ansteuereinheit 20 und der ECU 60 besteht, die Ladesteuerung zum Erhalt der gesammelten Ladung (Spitzenspannung Up) aus, damit sich der Ist-Nadelhubbetrag dem Soll-Nadelhubbetrag annähert.
  • 6A zeigt eine Ansicht, welche eine Beziehung zwischen der in 5A bis 5D gezeigten Nadelhubzeitdauer, der in 8A bis 8D gezeigten Nadelfallzeitdauer, und des Nadelhubbetrags zeigt. 6B zeigt eine Ansicht, welche eine Beziehung zwischen der Nadelhubzeitdauer, der Nadelfallzeitdauer, und der Spitzenspannung Up des piezoelektrischen Elements 52 in den Kraftstoffdirekteinspritzventil 10 zeigt. 6C zeigt eine Ansicht, welche eine Beziehung zwischen dem Kraftstoffdruck Pc in der Common Rail 6 (oder dem Common Rail-Druck Pc) und der Spitzenspannung des piezoelektrischen Elements 52 zeigt.
  • Da die Spitzenspannung Up der piezoelektrischen Spannung proportional zu dem Nadelhubbetrag steht, wie in 6B gezeigt ist, verwendet die ECU 60 und der Ansteuereinheit 20 gemäß der ersten Ausführungsform eine Zielspitzenspannung Uptrg entsprechend dem Soll-Nadelhubbetrag, und korrigiert die Zielspitzenspannung Uptrg basierend auf der tatsächlichen Nadelfallzeitdauer T10, welche basierend auf dem Zeit- Punkt t7 berechnet wird, wenn die Kontaktfläche der Nadel 34 mit der Sitzfläche 30e des Ventilkörpers 30d in Kontakt steht, wenn der Einspritzöffnungsschließbetrieb abgeschlossen ist. Das bedeutet, dass die ECU 60 und die Ansteuereinheit 20 den Ist-Nadelhubbetrag entsprechend der angesammelten Ladung erfasst, und die Regelung der angesammelten Ladung (die Spitzenspannung Up der piezoelektrischen Spannung), basierend auf dem Unterschied zwischen dem Ist-Nadelhubbetrag und dem Soll-Nadelhubbetrag, derart ausführt, dass sich der Ist-Nadelhubbetrag dem Soll-Nadelhubbetrag annähert.
  • Als Nächstes wird nun eine Beschreibung für den Berechnungsablauf zum Berechnen der Zielspitzenspannung Uptrg und der Zielnadelfallzeitdauer T10trg mit Bezug auf 7 angegeben.
  • 7 zeigt ein Flussdiagramm, welches den Prozess zum Steuern des Kraftstoffdirekteinspritzventils 10, das durch die Steuerung 28 in der Ansteuereinheit 20 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgeführt wird, zeigt. Es ist für die ECU 60 möglich, einen Teil des in 7 gezeigten Steuerablaufs auszuführen.
  • In Schritt S10 berechnet die Steuerung 28 den geforderten Kraftstoffeinspritzbetrag Q, basierend auf dem Verbrennungszustand der Verbrennungskraftmaschine. Insbesondere erhält die Steuerung 28 von dem Kurbelwinkelsensor 16 und dem Beschleunigungssensor 18, etc. übermittelte Erfassungssignalen und berechnet die Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine, basierend auf dem Erfassungssignal, das von dem Kurbelwinkelsensor 16 und dem Motorlastbetrag, basierend auf dem von dem Beschleunigungssensor 18 übermittelten Erfassungssignal, übermittelt wird. Die Steuerung 28 berechnet anschließend den geforderten Kraftstoffeinspritzbetrag Q, basierend auf der berechneten Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine und des berechneten Betrags der Motorlast.
  • In Schritt S11 ermittelt die Steuerung S28 den Kraftstoffdruck Pc (Common Rail-Druck Pc) in die Common Rail 6, welche basierend auf dem durch den Kraftstoffdrucksensor 14 ermittelten Erfassungswert berechnet wird. In Schritt S12 berechnet die Steu erung 28 die Zielspitzenspannung Uptrg und die Zielnadelfallzeitdauer T10trg, basierend auf dem geforderten Kraftstoffeinspritzbetrag Q, welcher in Schritt S10 berechnet wird, und den in Schritt S11 ermittelten Common Rail-Druck Pc.
  • Insbesondere entspricht der Optimalwert der Zielspitzenspannung Uptrg dem geforderten Kraftstoffeinspritzbetrag Q und der Common Rail-Druck Pc wird vorab eingestellt. Ein Kennfeld M1 wird vorab in einer Speichervorrichtung in die ECU 60, etc. gespeichert, in welche eine Beziehung zwischen der Zielspitzenspannung Uptrg, des geforderten Kraftstoffeinspritzbetrags Q und des Common Rail-Drucks Pc in das Kennfeld M1 gespeichert wird.
  • Die Steuerung 28 berechnet die Zielspitzenspannung Uptrg entsprechend dem geforderten Kraftstoffeinspritzbetrag Q und dem Common Rail-Druck Pc, welcher in Schritt S10 und Schritt S11 bei Bezug auf das Kennfeld M1 ermittelten wird.
  • Da die tatsächliche Nadelfallzeitdauer T10 einmalig bestimmt wird, wenn der Einspritzbetrag und der Common Rail-Druck bestimmt werden, berechnet die Steuerung 28 die Zielnadelfallzeitdauer T10trg, basierend auf dem geforderten Kraftstoffeinspritzbetrag Q und dem Common Rail-Druck.
  • Es wird bevorzugt vorab experimentell eine Beziehung zwischen dem Kraftstoffeinspritzbetrag und dem Common Rail-Druck (welcher der Kraftstoffdruck in der Common-Rail ist) zu ermitteln, und diese Beziehung in das Kennfeld zu speichern.
  • In Schritt 13 (Ladebetragssteuereinrichtung) führt die Steuerung 28 die Ladesteuerung, basierend auf der Zielspitzenspannung Uptrg, welche in Schritt S12 berechnet wird, aus. Wie in 4B gezeigt ist, steuert insbesondere die Steuerung 28 den Ladeschalter 23 derart, dass die in 5B gezeigte Spitzenspannung Up zum Zeitpunkt t3 die Zielspitzenspannung Uptrg wird.
  • Es kann festgestellt werden, dass der Spannungsanstieg der piezoelektrischen Spannung (vom Zeitpunkt t1 zum Zeitpunkt t3, welcher in 5B gezeigt ist) während der Ladeanfangsdauer, welche einen durch Laden enthaltenen Spannungsanstiegsteil (Ladeteil) und einen durch den piezoelektrischen Effekt enthaltenen Spannungsanstiegsteil (piezoelektrischen Teil) enthält. Im zweiten Teil, das bedeutet der piezoelektrische Teil wird in der zweiten Ausführungsform später beschrieben.
  • Die Dauer von den Zeitpunkten t1 zu dem Zeitpunkt t3 in 4E zeigt nur den Ladeteil.
  • Wie in 4B gezeigt ist, wird die piezoelektrische Spannung durch mehrfaches EIN-AUS-Schalten des Ladeschalters 23 verstärkt. Die Steuerung 28 führt die Ladesteuerung derart aus, dass die Spitzenspannung Up gleich zu der Zielspitzenspannung Uptrg durch Steuern der Stromzeitdauer Ton (EIN-Zeitdauer des Ladeschalters 23) bei der Endzeit wird, basierend auf der tatsächlichen Nadelfallzeitdauer T10.
  • In Schritt S14 (Spannungsanstiegserfassungseinrichtung) erfasst die Spannung 28 den piezoelektrischen Spitzenzeitpunkt t7 (Einspritzöffnungsschließzeitpunkt t7 durch die Nadel), basierend auf der Veränderung (in dem Kurvenverlauf) der Spannung (piezoelektrische Spannung) des piezoelektrischen Elements 52, welche durch den Knoten N1 erfasst wird.
  • Dieser Kurvenverlauf der piezoelektrischen Spannung ist der Kurvenverlauf, welcher durch die Entladesteuerung erzeugt wird, die nach Abschluss der Ladesteuerung ausgeführt wird, der basierend auf dem Prozess in Schritt S13 durchgeführt wird.
  • Insbesondere genügt es den Zeitpunkt als den Einspritzöffnungsschließzeitpunkt t7 zu erfassen, wenn die Spannung einen vorbestimmten Schwellenwert während einer vorbestimmten Zeitdauer W1 nach dem Entladeabschlusszeitpunkt t6 überschreitet. Außerdem genügt es, einen Spitzenhalteschaltkreis zu verwenden, um den Zeitpunkt als den Einspritzöffnungsschließzeitpunkt t7 zu erfassen, um den Spitzenwert während der vorbestimmten Zeitdauer W1 zu erzeugen.
  • In Schritt S15 (Nadelfallzeitdauerberechnungseinrichtung) berechnet die Steuerung 28 die tatsächliche Nadelfallzeitdauer T10 basierend auf dem piezoelektrischen Spitzenzeitpunkt (Einspritzöffnungsschließzeitpunkt t7 durch die Nadel), welche in Schritt S14 ermittelt wird. Insbesondere berechnet die Steuerung 28 die von dem Zeitpunkt t5 gezählte Zeitdauer, wenn das Entladen zu dem Zeitpunkt t7 beginnt, wenn die Einspritzöffnung 32 durch die Nadel 34 geschlossen wird, basierend auf dem Einspritzöffnungsschließzeitpunkt t7 und dem in Schritt S14 erfassten Entladebeginnzeitpunkt t5.
  • In Schritt S16 berechnet die Steuerung 28 einen Differenzwert zwischen der in Schritt S15 berechneten tatsächlichen Nadelfallzeitdauer T10 und der in Schritt S1 berechneten Zielnadelfallzeitdauer, und beurteilt, ob der Unterschied Null ist oder größer als der vorbestimmte Wert ist oder nicht. Die Zielnadelfallzeitdauer T10trg ist die Zeit, welche dem Soll-Nadelhubbetrag oder der Zielspitzenspannung Uptrg (siehe 6A und 6B) entspricht.
  • Wenn der Differenzwert zwischen der tatsächlichen Nadelfallzeitdauer T10 und der Zielnadelfallzeitdauer T10trg nicht Null oder größer als der vorbestimmte Wert (”NEIN” in Schritt S16) ist, korrigiert die Steuerung 28 die Zielspitzenspannung Uptrg basierend auf dem Differenzwert in Schritt S17. Insbesondere, wenn (T10 – T10trg) ≥ 0, verringert die Steuerung 28 die Zielspitzenspannung Uptrg durch einen vorbestimmten Wert ΔUp (z. B. 1 V), um die angesammelte Ladung zu erhöhen und den Nadelhubbetrag zu verringern. Andererseits, wenn (T10 – T10trg) < 0, erhöht die Steuerung 28 die Zielspitzenspannung Uptrg durch den vorbestimmten Wert ΔUp, um die angesammelte Ladung zu verringern und den Nadelhubbetrag zu erhöhen.
  • Nach Abschluss der Kompensation der Zielspitzenspannung Uptrg in Schritt S17, führt die Steuerung 28 wiederholt die Schritte S13, S14 und S15 einige Male aus, bis der Differenzwert zwischen der tatsächlichen Nadelfallzeitdauer T10 und der Zielnadelfallzeitdauer T10trg Null oder größer als der vorbestimmte Wert wird. Wenn der Differenzwert die oben genannten Bedingungen erfüllt, geht der Ablauffluss bzw. Betriebflusses zu Schritt S18.
  • Die Steuerung 28 führt den Rückkopplungskorrekturprozess aus, d. h., dass sie die Zielspitzenspannung Uptrg in dem Kennfeld M1 korrigiert, welche in Schritt S12, basierend auf der derzeitigen Spitzenspannung Up oder der Zielspitzenspannung Uptrg, verwendet wird. Bei dem Korrekturprozess weist die Spitzenspannung Up einen Differenzwert gemäß des Kraftstoffdrucks Pc in der Common Rail 6 (Common Rail-Druck Pc) auf. Insbesondere erhöht sich die Spitzenspannung Up, wie in 6C gezeigt ist, gemäß der Zunahme des Common Rail-Drucks Pc. Bei der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung korrigiert die Steuerung 28 die Zielspitzenspannung Uptrg, basierend auf dem Common Rail-Druck Pc zusätzlich zu der tatsächlichen Nadelfallzeitdauer T10.
  • Das bedeutet, dass es einen Zusammenhang zwischen der tatsächlichen Nadelfallzeitdauer T10 und der Spitzenspannung Up gibt. Sprich, die tatsächliche Nadelfallzeitdauer T10 ist proportional zu der zuvor in 6B beschriebenen Spitzenspannung Up. Dementsprechend ist es möglich, die Zielnadelfallzeitdauer T10trg entsprechend der Zielspitzenspannung Uptrg in dem Kennfeld M1, basierend auf dem Zusammenhang zwischen der tatsächlichen Nadelfallzeitdauer T10 und der Spitzenspannung Up, zu berechnen. Dadurch führt die Steuerung 28 die Regelung des Ladebetrags (Spitzenspannung Up) des piezoelektrischen Elements 52 durch Kompensation der Zielspitzenspannung Uptrg in dem Kennfeld M1, basierend auf dem Differenzdruck zwischen der tatsächlichen Nadelfallzeitdauer T10 und der Zielnadelfallzeitdauer T10trg, derart aus, dass sich die Zielnadelfallzeitdauer T10trg an die in Schritt S15 berechnete tatsächliche Nadelfallzeitdauer T10 annähert.
  • Es wird außerdem bevorzugt, eine Beziehung zwischen der Stromflusszeitdauer Ton zur letzten Ladezeit und die Zielspitzenspannung Uptrg in das Kennfeld M1 zu speichern, und für die Steuerung 28 zur Korrektur die Stromflusszeitdauer Ton, basierend auf einem Unterschied zwischen der Zielnadelfallzeitdauer T10trg und der tatsächlichen Nadelfallzeitdauer T10.
  • Wie zuvor obenstehend ausführlich gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben, wird der piezoelektrische Spitzenspannungszeitpunkt (der Zeitpunkt t7, wenn die Einspritzöffnung 32 durch die Nadel 34 geschlossen ist), basierend auf dem Kurvenverlauf der piezoelektrischen Spannung während der vorbestimmten Zeitdauer W1 (siehe 5B) nach dem Zeitpunkt t6, wenn das Entladen abgeschlossen ist, erfasst, und die tatsächliche Nadelfallzeitdauer T10 ist, basierend auf dem erfassten Zeitpunkt t7 berechnet, wenn die Einspritzöffnung durch die Nadel geschlossen ist. Die Spitzenspannung Up wird während der Ladezeitdauer des Zeitpunkts t1 zu dem Zeitpunkt t3 basierend auf der berechneten tatsächlichen Nadelfallzeitdauer T10 gesteuert. Wie obenstehend beschrieben macht die Steuervorrichtung, welche aus der ECU 60 und der Ansteuereinheit 20 mit der Steuerung 28 gemäß der ersten Ausführungsform besteht, möglich, den Hubbetrag der Nadel 34 (Nadelhubbetrag) mit hoher Genauigkeit zu steuern, und dadurch den Kraftstoffeinspritzbetrag Q durch die Einspritzöffnung 32 mit hoher Genauigkeit zu steuern.
  • Wenn der Ist-Nadelhubbetrag, welcher durch die in 5D gezeigte durchgezogene Linie bezeichnet ist, niedriger als der Soll-Nadelhubbetrag ist, welcher durch die in 5D gezeigte abwechselnd lange und kurze Strichlinie L1 bezeichnet ist, sollte beispielsweise die tatsächliche Nadelfallzeitdauer T10 kürzer als die Zielnadelfallzeitdauer T10trg sein. Da die Steuervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Spitzenspannung Up (Ladebetrag), basierend auf dem Differenzwert zwischen der tatsächlichen Nadelfallzeitdauer T10 und der Zielnadelfallzeitdauer T10trg, korrigiert, ist es möglich, den Hubbetrag der Nadel 34 (Nadelhubbetrag) mit hoher Genauigkeit zu steuern.
  • Da die Steuerungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Stromzeitdauer Ton (ON-Zeitdauer des Ladeschalters 23), basierend auf dem Differenzwert zwischen der tatsächlichen Nadelfallzeitdauer T10 und der Zielnadelfallzeitdauer T10trg, korrigiert, ist es möglich, die tatsächliche Spitzenspannung Up auf die Zielspitzenspannung Uptrg anzunähern, und ermöglicht dadurch den Ist-Nadelhubbetrag zu dem Soll-Nadelhubbetrag anzunähern.
  • Beim Einspritzen eines Kraftstoffes durch die Einspritzöffnung 22 des Kraftstoffeinspritzventils 10 in die entsprechend Verbrennungskammer der Verbrennungskraftmaschine, beeinflusst die Kraftstoffeinspritzrate den Verbrennungszustand der Verbrennungskraftmaschine stark. Andererseits verursacht die Veränderung der Kraftstoffeinspritzrate nach einiger Zunahme der Kraftstoffeinspritzrate keinen großen Einfluss, d. h., sie verursacht nur kleinen Einfluss auf dem Verbrennungszustand der Verbrennungskraftmaschine. Aus diesem Standpunkt führt die Steuervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Regelung zur Korrektur der Stromflusszeitdauer Ton bei der Endzeit, basierend auf der tatsächlichen Nadelfallzeitdauer T10, aus. Dies macht es möglich, den Kraftstoffeinspritzbetrag Q mit hoher Genauigkeit zu steuern, während der Einfluss auf dem Verbrennungszustand der Verbrennungskraftmaschine so gering wie möglich gehalten wird.
  • Zweite Ausführungsform
  • Eine Beschreibung der Steuerungsvorrichtung für Kraftstoffdirekteinspritzventile erfolgt gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf 8 bis 8D und 9.
  • 8A bis 8D sind Zeitdiagramme, welche das Verfahren von Erfassen des tatsächlichen Hubbetrags der Nadel 34 (Ventilteil) in dem Kraftstoffdirekteinspritzventil 10 zeigt, dass durch die Steuerungsvorrichtung (welche aus der ECU 60 und der Ansteuereinheit 20 besteht) gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausführt.
  • Bei der zuvor beschriebenen ersten Ausführungsform, berechnet die Steuerung 28 die tatsächliche Nadelfallzeitdauer T10 von dem Standpunkt, bei dem ein zeitlicher und geringfügiger Spannungsanstieg P1 in dem Kurvenverlauf der piezoelektrischen Spannung bei dem gleichen Zeitpunkt auftritt, wenn die Einspritzöffnung 32 durch die Nadel 34 (wie die Kontaktfläche der Nadel 34 mit der Sitzfläche des Ventilkörpers 30d in Verbindung steht) nach Abschluss des Ladens bei dem Zeitpunkt t6 geschlossen wird. Die Steuerung 28 führt die Regelung zur Korrektur der Spitzenspannung Up (Ladebe trag) zu dem piezoelektrischen Element 52 aus, basierend auf der berechneten tatsächlichen Nadelfallzeitdauer T10.
  • Andererseits berechnet die Steuerung 28 in der Ansteuereinheit 20 in der Steuervorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform die Nadelhubzeitdauer T20 (die Ventilteilhubzeitdauer), wobei die Steuerung 28 die Regelung zur Korrektur der Spitzenspannung Up (Ladebetrag) zu dem piezoelektrischen Element 52, basierend auf der Nadelhubzeitdauer T20, ausführt, basierend auf dem Standpunkt, bei dem der Zeitpunkt, wenn der Abfall der piezoelektrischen Spannung abgeschlossen ist, nachdem der Ladeabschlusszeitpunkt t3 gleich zu dem Zeitpunkt, wenn der Nadelöffnungsbetrieb abgeschlossen ist, (d. h., bei dem Zeitpunkt, um das Anheben der Nadel 34 zu beenden), wie in 8A bis 8D gezeigt ist.
  • Die Konfiguration der piezoelektrischen Kraftstoffeinspritzung 10 (Kraftstoffdirekteinspritzventil 10), die Ansteuereinheit 20, und die ECU 60 ist gemäß der zweiten Ausführungsform die gleiche als die der ersten Ausführungsform. Auf die Erklärung von diesen Vorrichtungen wird hier der Kürze halber verzichtet. Als nächstes wird nun eine Erklärung des Betriebs zur Berechnung der Zielspitzenspannung Uptrg und der Zielnadelhubzeitdauer T20trg mit Bezug auf 9 erfolgen.
  • 9 zeigt ein Flussdiagramm, welches den Prozess des Kraftstoffdirekteinspritzventils 10 durch die Steuervorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • Die nachfolgende Beschreibung wird hauptsächlich den Unterschied der zweiten Ausführungsform zu der in 2 gezeigten ersten Ausführungsform erklären. Auf die Erklärung der gleichen Prozesse zwischen den Abläufen in 9 und 7 wird hier verzichtet. Diese gleichen Prozesse zwischen den Abläufen in 9 und 7 beziehen sich auf die gleichen Bezugsnummern und -zeichen.
  • Bei dem Schritt S120 berechnet die Steuerung 28 die Zielspitzenspannung Uptrg und die Zielnadelhubzeitdauer T20trg, welche das Kennfeld N1 basierend auf dem ge forderten Einspritzbetrag, der in Schritt S10 berechnet wird, und dem Kraftstoffdruck in der Common Rail 6 (Common Rail-Druck Pc), der in Schritt S11 ermittelt wird, verwendet.
  • Als Nächstes steuert die Steuerung 28 das Laden zu dem piezoelektrischen Element 52 derart, dass die tatsächliche Spitzenspannung Up gleich zu der Zielspitzenspannung Uptrg (Schritt S13) ist.
  • Da die tatsächliche Nadelhubzeitdauer T20 einmalig ermittelt werden soll, wenn der Kraftstoffeinspritzbetrag Q und der Common Rail-Druck bestimmt werden, berechnet die Steuerung 28 in Schritt S120 die Zielnadelhubzeitdauer T20trg, basierend auf dem geforderten Kraftstoffeinspritzbetrag Q und dem Common-Rail Druck Pc. Es wird bevorzugt eine Beziehung zwischen dem Kraftstoffeinspritzdruck und dem Common Rail-Druck vorab experimentell zu ermitteln, und diese Beziehung in das Kennfeld zu speichern.
  • Als Nächstes erfasst die Steuerung 28 in Schritt S140 (Fallzustandserfassungseinrichtung) den Zeitpunkt, wenn der Abfall der piezoelektrischen Spannung nachdem Zeitpunkt t3 des Abschluss des Ladens abgeschlossen ist, d. h., der Zeitpunkt (Abschlusszeitpunkt t4, um die Einspritzöffnung 32 durch die Nadel 34 zu öffnen), wenn der Wendepunkt in dem Kurvenverlauf der piezoelektrischen Spannung auftritt.
  • Dieser Kurvenverlauf der piezoelektrischen Spannung ist der Kurvenverlauf, welcher durch die Ladesteuerung erzeugt wird, die sofort nach der basierend auf dem Schritt S13 ausgeführten Ladesteuerung ausgeführt wird. Insbesondere genügt es den Zeitpunkt als den Zeitpunkt t4 (die vorbestimmte Zeitdauer) zum Auftreten des Wendepunkts P2 zu erfassen, wenn der Differenzwert des Kurvenverlaufs der piezoelektrischen Spannung bei der ersten Zeit Null wird. Es ist außerdem akzeptabel den Zeitpunkt, als den Zeitpunkt t4 (die vorbestimmte Zeitdauer) zum Auftreten des Wendepunkts P2 zu erfassen, wenn der Differenzwert des Kurvenverlaufs der piezoelektrischen Spannung kleiner als der vorbestimmte Schwellenwert bei der ersten Zeit ist.
  • Bei Schritt S150 (Einrichtung zur Berechnung der Nadelhubzeitdauer) berechnet die Steuerung 28 die zuvor beschriebene Nadelhubzeitdauer T20, basierend auf dem Zeitpunkt t4, um den Wendepunkt P2 in dem Kurvenverlauf der in Schritt S140 erfassten piezoelektrischen Spannung aufzutreten. Insbesondere berechnet die Steuerung 28 die Zeitdauer als die Nadelhubzeitdauer T20 von dem Zeitpunkt t1, wenn das Laden zu dem Zeitpunkt beginnt, wenn der Einspritzöffnungsöffnungsprozess abgeschlossen ist, basierend auf dem Zeitpunkt t4, wenn der Wendepunkt P2 in dem Kurvenverlauf der piezoelektrischen Spannung, die in Schritt S140 erfasst wird, auftritt, und den Zeitpunkt t1, wenn das Laden beginnt.
  • Bei Schritt S116 berechnet die Steuerung 28 den Unterschied zwischen der in Schritt S150 berechneten Nadelhubzeitdauer T20 und der in Schritt S120 berechneten Zielnadelhubzeitdauer T20trg, und beurteilt, ob der Unterschied gleich Null oder größer als ein vorbestimmter Wert ist oder nicht. Die Zielnadelzeitdauer T20trg ist die Zeitdauer entsprechend des Soll-Nadelhubbetrags oder der Zielspitzenspannung Uptrg (siehe 6A und 6B).
  • Wenn der Unterschied zwischen T20 und T20trg Null oder größer als der vorbestimmte Wert (”NO” in Schritt S160) ist, geht der Betriebsfluss zu Schritt S170. Bei Schritt S170 korrigiert die Steuerung 28 die Zielspitzenspannung Uptrg. Insbesondere, wenn (T20 – T20trg) ≥ 0, verringert die Steuerung 28 die Zielspitzenspannung Uptrg durch einen vorbestimmten Wert ΔUp (z. B., 1 V), um den Ladebetrag zu verringern, und dadurch den Nadelhubbetrag zu verringern. Andererseits, wenn (T20 – T20trg < 0, erhöht die Steuerung 28 die Zielspitzenspannung Uptrg durch den vorbestimmten Wert ΔUp, um den Ladebetrag zu erhöhen und dadurch den Nadelhubbetrag zu erhöhen.
  • Nach Korrektur der Zielspitzenspannung Uptrg in Schritt S170 führt die Steuerung 28 wiederholt die Schritte S13, S140 und S150 aus. Wenn der Differenzwert zwischen T20 und T20trg gleich 0 oder kleiner oder gleich als der vorbestimmte Wert (”JA” in Schritt S160) ist, geht der Betriebsfluss zu Schritt S180.
  • Bei Schritt S180 führt die Steuerung 28 die Rückkopplungskorrektur aus, d. h., sie korrigiert die Zielspitzenspannung Uptrg in dem Kennfeld M1, um in Schritt S120, basierend auf der tatsächlichen Spitzenspannung Up oder der Zielspitzenspannung Uptrg, verwendet zu werden, da die Spitzenspannung Up gemäß der Veränderung des Common Rail-Drucks Pc (siehe 6c) verändert wird, korrigiert die zweite Ausführungsform die Zielspitzenspannung Uptrg, basierend auf dem Common Rail-Druck Pc zusätzlich zu der Nadelhubzeitdauer T20.
  • Das bedeutet, dass es eine Beziehung zwischen der Nadelhubzeitdauer 720 und des Nadelhubbetrags gibt (welche zueinander proportional sind), wie in 6A gezeigt ist, und es gibt eine Beziehung zwischen der Nadelhubzeitdauer 720 und der Spitzenspannung Up (welche zueinander proportional sind), wie in 6B gezeigt ist. Es ist dadurch möglich die Nadelhubzeitdauer (Zielnadelhubzeitdauer T20trg) entsprechend der Zielspitzenspannung Uptrg in dem Kennfeld M1, basierend auf der Beziehung zu berechnen. Die Steuerung 28 führt die Regelung des Ladebetrags (Spitzenspannung Up) durch Korrektur der Zielspitzenspannung Uptrg in dem Kennfeld M1, basierend auf dem Differenzwert zwischen der Nadelhubzeitdauer T20 und der Zielnadelhubzeitdauer T20trg, derart aus, dass sich die Zielnadelhubzeitdauer T20trg an die in Schritt S15 berechnete Nadelhubzeitdauer 720 annähert.
  • Es wird außerdem bevorzugt die Beziehung zwischen der Stromflusszeitdauer Ton bei der letzten Ladezeit und der Zielspitzenspannung Uptrg in das Kennfeld M1 zu speichern, und für die Steuerung 28 die Stromflusszeitdauer Ton basierend auf dem Unterschied zwischen der Zielnadelhubzeitdauer T20trg und der tatsächlichen Nadelhubzeitdauer T20 zu korrigieren.
  • Wie obenstehend ausführlich beschrieben wird gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der Zeitpunkt t4 zum Auftreten des Wendepunkts P2, basierend auf dem Kurvenverlauf der piezoelektrischen Spannung sofort nach dem Zeitpunkt t3, erfasst, wenn das Laden abgeschlossen ist, und die Nadelhubzeitdauer 720 wird, basierend auf dem erfassten Zeitpunkt t4, berechnet. Die Spitzenspannung Up während der Ladedauer, welche von dem Zeitpunkt t1 zu dem Zeitpunkt t3 gezählt wird, wird basierend auf der berechneten Nadelhubzeitdauer T20 gesteuert, um den Hubbetrag der Nadel 34 (der Nadelhubbetrag) zu steuern. Es ist dadurch möglich den Kraftstoffeinspritzbetrag Q durch die Einspritzöffnung 32 mit hoher Genauigkeit zu steuern.
  • Wenn der Ist-Nadelhubbetrag, welcher durch die in 8A gezeigte durchgezogene Linie bezeichnet wird, niedriger als der Soll-Nadelhubbetrag ist, welcher durch die in 8D gezeigte abwechselnd lange und kurze Strichlinie L1 bezeichnet wird, sollte beispielsweise die tatsächliche Nadelhubzeitdauer T20 kürzer als die Zielnadelhubzeitdauer T20trg sein. Da die Steuervorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Spitzenspannung Up (Ladebetrag), basierend auf dem Differenzwert zwischen der tatsächlichen Nadelhubzeitdauer T20 und der Zielnadelhubzeitdauer T20trg, korrigiert, ist es möglich den Hubbetrag der Nadel 34 (Nadelhubbetrag) mit hoher Genauigkeit zu steuern.
  • Da die Steuervorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Stromzeitdauer Ton (ON-Zeitdauer des Ladeschalters 23), basierend auf dem Differenzwert zwischen der tatsächlichen Nadelhubzeitdauer T20 und der Zielnadelhubzeitdauer T20trg, korrigiert, ist es möglich, die tatsächliche Spitzenspannung Up zu der Zielspitzenspannung Uptrg anzunähern, und ermöglicht dadurch den Ist-Nadelhubbetrag an den Soll-Nadelhubbetrag anzunähern.
  • (Andere Ausführungsformen)
  • Die vorliegende Erfindung ist nicht durch die zuvor beschriebenen ersten und zweiten Ausführungsformen beschränkt. Beispielsweise ist es möglich nachstehende Ausführungsformen und eine Kombination von denen aufzuweisen.
  • In jeder der zuvor beschriebenen ersten Ausführungsform und zweiten Ausführungsform ist die Steuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung auf ein Kraftstoffdirekteinspritzventil angewandt, welches in der Lage ist, den Verformungsbetrag des piezoelektrischen Elements 52 zu der Nadel 34 durch den Kraftstoff in der ersten öldichten Kammer 42, etc. zu übermitteln. Beispielsweise ist es möglich, die Steuervor richtung gemäß der vorliegenden Erfindung auf Kraftstoffdirekteinspritzer anzuwenden, bei denen das piezoelektrische Element 52 mechanisch mit der Nadel 34 mit einem Verbindungsteil verbunden ist, und der Verformungsbetrag des piezoelektrischen Elements 52 zu der Nadel 34 durch das Verbindungsteil übermittelt wird.
  • In jeder der zuvor beschriebenen ersten Ausführungsform und zweiten Ausführungsform wird die Spitzenspannung Up (Ladebetrag) durch Einstellen der Stromzeitdauer Ton bei der letzten Zufuhrzeit korrigiert, damit sich der Ist-Nadelhubbetrag an den Soll-Nadelhubbetrag annähert. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht durch bzw. auf die obenstehende Struktur beschränkt. Beispielsweise ist es möglich, die Ladezeitdauer einzustellen, welche von dem Zeitpunkt t1 zu dem Zeitpunkt t3 gezählt wird, unter Verwendung der Einrichtung zum Einstellen (Verringern oder Erhöhen) der Anzahl der Schritte, welche mehrfach wie zum Zuführen von Strom wiederholt wird, um die Spitzenspannung Up (Ladebetrag) einzustellen.
  • Obwohl spezifische Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Detail beschrieben wurden, ist es für den Fachmann offensichtlich, dass verschiedene Abwandlungen und Alternativen zu diesen Details im Lichte der gesamten Lehre der Offenbarung entwickelt werden können. Dementsprechend sind die hier offenbarten Maßnahmen lediglich erklärend und nicht beschränkend für den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung. welcher ausschließlich durch die nachstehenden Ansprüchen und alle Äquivalente bestimmt ist, auszulegen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - JP 2008-240544 [0004]

Claims (6)

  1. Steuervorrichtung (20, 60) für Kraftstoffdirekteinspritzventile (10), wobei jedes der Kraftstoffdirekteinspritzventile einen Ventilkörperaufbau mit Ventilkörpern (30a, 30b, 30c und 30d), in dem eine Einspritzöffnung (32) ausgebildet ist, ein Ventilteil (34), das in das Kraftstoffeinspritzventil (10) platziert ist und darin durch dieses bewegt wird, um die in dem Ventilkörper (30d) ausgebildete Einspritzöffnung zu öffnen und zu schließen, und ein piezoelektrisches Element (52) aufweist, das sich entsprechend eines Lade- und Entladebetrag des piezoelektrischen Elements verformt, wobei die Steuervorrichtung das Kraftstoffdirekteinspritzungsventil steuert, um die Einspritzöffnung des Ventilkörpers entsprechend eines Verformungsbetrags des piezoelektrischen Elements zu öffnen und zu schließen, wobei die Steuervorrichtung, aufweisend: eine Spannungserfassungseinrichtung, welche eine Spannung zwischen Elektroden des piezoelektrischen Elements erfasst; eine Spannungsanstiegserfassungseinrichtung, welche einen Zeitpunkt im Kurvenverlauf einer piezoelektrischen Spannung des piezoelektrischen Elements erfasst, bei dem ein Spannungsanstieg beginnt, der durch die Spannungserfassungseinrichtung erfasst wird, wenn die piezoelektrische Spannung aufgrund des Abschlusses des Schließens der Einspritzöffnung des Ventilkörpers durch das Ventilteil anzusteigen beginnt; eine Fallzeitberechnungseinrichtung, welche einen Zeitraum für das Ventilelement berechnet, den es benötigt, um auf eine Kontaktoberfläche des Ventilkörpers zum Schließen der Einspritzöffnung zu fallen, welcher von einem Zeitpunkt von Beginn des Entladens bis zu einem Zeitpunkt des Schließens der Einspritzöffnung des Ventilkörpers durch das Ventilteil, welcher basierend auf dem Startzeitpunkt von Beginn des Spannungsanstiegs des piezoelektrischen Elements, der durch die Spannungserfassungseinrichtung erfasst wird, gezählt wird; und eine Ladebetragssteuerungseinrichtung, welche die Ladung steuert, welche sich in dem piezoelektrischen Element in dem Zeitraum für das Fallen des Ventilteils angesammelt hat, um einen Hubbetrag des Ventilteils von der Sitzoberfläche des Ventilkörpers zu steuern.
  2. Steuervorrichtung für Kraftstoffdirekteinspritzventile nach Anspruch 1, wobei die Ladebetragssteuereinrichtung den Ladebetrag zu dem piezoelektrischen Element durch mehrfaches Zuführen eines Stroms zu dem piezoelektrischen Elements steuert, um die Spannung zwischen den Elektroden des piezoelektrischen Elements allmählich zu erhöhen und basierend auf dem erhaltenen Zeitraum für das Fallen des Ventilteils den Strom zu steuern, der bei der letzten Zuführzeit zugeführt wird,.
  3. Steuervorrichtung für Kraftstoffdirekteinspritzventile nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Spannungsanstiegserfassungseinrichtung den Zeitpunkt als den Zeitpunkt erfasst, bei dem der Spannungsanstieg des piezoelektrischen Elements beginnt, wenn die Spannung, welche durch die Spannungserfassungseinrichtung erfasst wird, nach Abschlussentladung des piezoelektrischen Elements größer als ein vorbestimmter Spannungswert wird.
  4. Steuervorrichtung (20, 60) für Kraftstoffdirekteinspritzventile (10), wobei jedes der Kraftstoffdirekteinspritzventile einen Ventilkörperaufbau mit Ventilkörpern (30a, 30b, 30c und 30d), in dem eine Einspritzöffnung (32) ausgebildet ist, aufweist, sowie ein Ventilteil (34), das in dem Kraftstoffeinspritzventil (10) platziert ist und darin bewegt wird, um die Einspritzöffnung (32) des Ventilkörpers (30d) zu öffnen und zu schließen, und ein piezoelektrisches Element (52) aufweist, das sich entsprechend eines Lade- und Entladebetrag des piezoelektrischen Elements verformt, wobei die Steuervorrichtung das Kraftstoffdirekteinspritzungsventil steuert, um die Einspritzöffnung des Ventilkörpers entsprechend eines Verformungsbetrags des piezoelektrischen Elements zu öffnen und zu schließen, wobei die Steuervorrichtung, aufweisend: eine Spannungserfassungseinrichtung, welche eine Spannung zwischen Elektroden des piezoelektrischen Elements erfasst; eine Spannungsabfallzustandserfassungseinrichtung, welche einen Zeitpunkt erfasst, bei dem die Spannungsabfallgeschwindigkeit der piezoelektrischen Spannung kleiner oder gleich einem vorbestimmten Geschwindigkeitswert ist oder in einem Kurvenverlauf der piezoelektrischen Spannung des piezoelektrischen Elements, der nach Ladeabschluss des piezoelektrischen Element durch die Spannungserfassungseinrichtung erfasst wird, null wird; eine Ventilteilhubzeitraumberechnungseinrichtung, welche den Ventilteilhubzeitraum berechnet, der von einer Zeit, wenn das Laden des piezoelektrischen Elements beginnt, bis zu einer Zeit, wenn der Öffnungsvorgang der Einspritzöffnung des Ventilkörpers abgeschlossen ist, basierend auf dem Zeitpunkt, bei dem der Geschwindigkeitsabfall der piezoelektrischen Spannung kleiner oder gleich einem vorbestimmter Wert ist oder null wird, gezählt wird; und eine Ladebetragssteuerungseinrichtung, welche den Ladebetrag des piezoelektrischen Elements basierend auf dem Ventilteilhubzeitraum steuert, der durch die Ventilteilhubzeitraumberechnungseinrichtung berechnet wird, um den Hubbetrag des Ventilteils zu steuern, um die Einspritzöffnung des Ventilkörpers zu öffnen.
  5. Steuervorrichtung für Kraftstoffdirekteinspritzventile nach Anspruch 4, wobei die Ladebetragssteuerungseinrichtung mehrfach Strom für das piezoelektrischen Ele ment bereitstellt, um die piezoelektrische Spannung zwischen den Elektroden des piezoelektrischen Elements allmählich zu erhöhen und das piezoelektrische Element zu laden, sowie den Zeitraum steuert, bei dem Strom bei dem letzten Stromzuführzeitpunkt basierend auf dem Ventilelementhubzeitraum zugeführt wird, um die in dem piezoelektrischen Element angesammelte Ladung zu steuern.
  6. Steuervorrichtung für Kraftstoffdirekteinspritzventile nach Anspruch 4 oder 5, wobei die Spannungsabfallzustandserfassungseinrichtung als den vorbestimmten Zeitpunkt den Zeitpunkt erfasst, bei dem ein Differenzwert der Spannung, welche durch die Spannungserfassungseinrichtung nach Abschluss des Ladens des piezoelektrischen Elements erfasst wird, kleiner als der vorbestimmte Schwellenwert wird, oder den Zeitpunkt, bei dem dieser Differenzwert der Spannung, welcher durch die Spannungserfassungseinrichtung erfasst wird, null wird.
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