DE102018111695B4

DE102018111695B4 - Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung

Info

Publication number: DE102018111695B4
Application number: DE102018111695.0A
Authority: DE
Inventors: Kazumasa Watanabe
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2017-10-24
Filing date: 2018-05-16
Publication date: 2023-04-06
Anticipated expiration: 2038-05-17
Also published as: DE102018111695A1; JP6981173B2; JP2019078214A

Abstract

Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung für ein Kraftstoffeinspritzventil (1), welches beinhaltet:einen Ventilkörper (40) zum Öffnen und Schließen eines Einspritzlochs (11) für eine Kraftstoffeinspritzung;eine Steuerkammer (14, 15), in welche und aus welcher Kraftstoff zum Anwenden einer Einspritzlochschließkraft auf den Ventilkörper (40) strömt;ein Steuerventil (30) zum Steuern eines Kraftstoffdrucks in der Steuerkammer (14, 15), um die Einspritzlochschließkraft zu steuern, indem ein Ausströmdurchlass (13) geöffnet und geschlossen wird, durch welchen der Kraftstoff aus der Steuerkammer (14, 15) ausströmt;ein Ventilkolben (26, 28) zum Anwenden einer Ventilöffnungsstellkraft, welche den Ausströmdurchlass (13) öffnet, auf das Steuerventil (30), indem dieser das Steuerventil (30) kontaktiert;ein piezoelektrisches Element (21a) zum Erzeugen einer Ausdehnungskraft durch eine Ausdehnung, wenn dieses mit einem Strom geladen wird; undeine öldichte Kammer (24a), die mit dem Kraftstoff gefüllt ist, welcher durch die Ausdehnungskraft beaufschlagt wird,wobei der Kraftstoff in der öldichten Kammer (24a) die Ausdehnungskraft als die Ventilöffnungsstellkraft auf den Ventilkolben (26, 28) überträgt und ein Einspritzzustand des Kraftstoffs aus dem Einspritzloch (11) gesteuert wird, indem eine Menge der Ladung, welche dem piezoelektrischen Element (21a) durch eine Stromzufuhr zugeführt wird, gesteuert wird,die Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass diese aufweist:ein vorliegendes Startzeit-Schätzteil (B10; S11) zum Schätzen eines vorliegenden Startzeit-Volumens, welches ein Volumen des Kraftstoffs in der öldichten Kammer (24a) zu einer vorliegenden Stromzufuhr-Startzeit ist, beim Starten einer vorliegenden Stromzufuhr an das piezoelektrische Element (21a); undein Energiezufuhrgeschwindigkeits-Steuerungsteil (B12; S12, S13, S14, S23, S14A) zum Erhöhen einer Energiezufuhrgeschwindigkeit bei der vorliegenden Stromzufuhr an das piezoelektrische Element (21a), so wie das vorliegende Startzeit-Volumen abnimmt, das durch das vorliegende Startzeit-Schätzteil (B10; S11) geschätzt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung, welche bei einem Kraftstoffeinspritzventil verwendet wird, welches einen piezoelektrischen Aktuator beinhaltet.
Ein herkömmliches Kraftstoffeinspritzventil beinhaltet zusätzlich zu einem Ventilkörper zum Öffnen und Schließen eines Einspritzlochs, ausgehend von welchem Kraftstoff eingespritzt wird, eine Steuerkammer, ein Steuerventil, einen Ventilkolben, eine öldichte Kammer und einen piezoelektrischen Aktuator. Kraftstoff strömt in die und aus der Steuerkammer, um eine Einspritzlochschließkraft auf den Ventilkörper anzuwenden. Das Steuerventil steuert einen Kraftstoffdruck (Gegendruck auf dem Ventilkörper) in der Steuerkammer und die Einspritzlochschließkraft, indem dieses einen Auslassdurchlass öffnet und schließt, durch welchen der Kraftstoff aus der Steuerkammer heraus strömt. Der Ventilkolben kontaktiert das Steuerventil und wendet eine Ventilöffnungskraft auf das Steuerventil an, welche den Auslassdurchlass öffnet. Die öldichte Kammer ist mit Kraftstoff gefüllt, welcher durch eine Ausdehnungskraft von piezoelektrischen Elementen des piezoelektrischen Aktuators beaufschlagt wird. Der Kraftstoff in der öldichten Kammer überträgt die Ausdehnungskraft als die Ventilöffnungskraft auf den Ventilkolben.
In JP 2005-534 862 A wird eine Antriebsspannung, die dem piezoelektrischen Aktuator zugeführt wird, entsprechend erhöht, da die Ventilöffnungskraft, die zum Öffnen des Steuerventils erforderlich ist, zunimmt, so wie der Druck eines Kraftstoffs, welcher dem Kraftstoffeinspritzventil zugeführt wird, zunimmt. Ferner wird, da eine Dauer, die erforderlich ist, damit der Druck in der Steuerkammer nach einem Umschalten von einer Ventilöffnung zu einer Ventilschließung des Steuerventils wiederhergestellt wird, kürzer wird, so wie eine Intervalldauer des piezoelektrischen Aktuators von einer vorhergehenden Stromzufuhr-Endzeit zu einer vorliegenden Stromzufuhr-Startzeit kürzer ist, zu der vorliegenden Stromzufuhr-Startzeit der Kraftstoffdruck in der Steuerkammer gesenkt. Aus diesem Grund wird die Antriebsspannung, die dem piezoelektrischen Aktuator zugeführt wird, unter der Annahme, dass die Ventilöffnungskraft, die erforderlich ist, um das Steuerventil zu öffnen, abnimmt, so wie die Intervalldauer kürzer ist, gesenkt.
Bei dem Kraftstoffeinspritzventil, in welchem die Ausdehnungskraft des piezoelektrischen Aktuators wie vorstehend beschrieben durch die öldichte Kammer auf den Ventilkolben übertragen wird, nimmt der Druck in der öldichten Kammer ab, wenn die Stromzufuhr an den piezoelektrischen Aktuator abgeschaltet wird, um den piezoelektrischen Aktuator zusammenzuziehen. Im Ergebnis wird der Ventilkolben auf eine derartige Weise angehoben, dass der Ventilkolben zu der öldichten Kammer angezogen wird. Das Steuerventil wird ebenfalls infolge des Anhebens des Ventilkolbens angehoben (Ventilschließbetrieb) und schließt einen Auslassdurchlass. Somit wird der Gegendruck des Ventilkörpers erhöht und der Ventilkörper wird derart betrieben, dass dieser sich schließt. Bei einer Reihe von Betriebsvorgängen zu der Zeit eines Abschaltens der Stromzufuhr wird der Ventilkolben aufgrund einer Druckdifferenz selbst nach dem Anheben des Steuerventils zu der Ventilschließposition gelegentlich weiter angehoben. Im Ergebnis wird der Ventilkolben für eine kurze Dauer von dem Steuerventil getrennt.
Bei einer mehrstufigen Einspritzung, bei welcher Kraftstoff mehrmals in einem Verbrennungszyklus in jedem Zylinder eingespritzt wird, wenn das Zeitintervall von dem Abschalten der Stromzufuhr der vorliegenden Einspritzung bis zum Anschalten der Stromzufuhr der nächsten Einspritzung kurz ist, neigt die nächste Stromzufuhr dazu, in einem Zustand gestartet zu werden, in welchem der Ventilkolben noch von dem Steuerventil getrennt ist. In diesem Fall ist das Absenken des Steuerventils aufgrund der Trennung verzögert und die Ventilöffnung des Ventilkörpers (Kraftstoffeinspritzung) ist verzögert. Die Verzögerungszeit nimmt zu, so wie ein Trennabstand länger ist. Der Trennabstand nimmt zu, so wie das Kraftstoffvolumen in der öldichten Kammer zu der Zeit eines Startens des Anhebens des Ventilkolbens (das heißt, einer Stromzufuhr-Abschalt-Zeit) abnimmt. Im Fall, dass die mehrstufige Einspritzung in einem kurzen Zeitintervall durchgeführt wird, nimmt das Volumen in der öldichten Kammer bei jeder Einspritzstufe ab. Im Ergebnis nimmt ein Trennabstand bei jeder Einspritzstufe zu und entsprechend nimmt die Verzögerungszeit zu.
In JP 2005-534 862 A wird nur eine Antriebsspannung, die dem piezoelektrischen Aktuator zugeführt wird, in Übereinstimmung mit einer Intervalldauer und einem Kraftstoffdruck verändert. Aus diesem Grund wird es aufgrund einer fortschreitenden Erhöhung bzw. Zunahme der Verzögerung unmöglich, eine Kraftstoffeinspritzmenge mit hoher Genauigkeit zu steuern.
DE 10 2016 201 435 B4 betrifft ein Verfahren zum Laden und Entladen eines PiezoAktors, bei dem die am Piezo-Aktor anliegende Piezo-Spannung gemessen wird, die gemessene Piezo-Spannung mit zwei einstellbaren Lade- bzw. Entlade-Grenzwerten verglichen wird, bei einem Wert der Piezo-Spannung, der kleiner oder gleich einem ersten Lade-Grenzwert ist, ein Ladepuls mit einstellbarer erster Amplitude und erster Dauer und bei einem Wert der Piezo-Spannung, der größer als der erste Lade-Grenzwert und kleiner als ein zweiter größerer Lade-Grenzwert ist, ein Ladepuls mit einstellbarer zweiter Amplitude und zweiter Dauer an den Piezo-Aktor angelegt wird, wobei die zweite Ladepulsamplitude und/ oder die zweite Ladepulsdauer kleiner als die erste Ladepulsamplitude bzw. kürzer als die erste Ladepulsdauer sind, bzw. bei einem Wert der Piezo-Spannung, der größer oder gleich einem ersten Entlade-Grenzwert ist, ein Entladepuls mit einstellbarer erster Amplitude und erster Dauer und bei einem Wert der Piezo-Spannung, der kleiner als der erste Entlade-Grenzwert und größer als ein zweiter Entlade-Grenzwert ist, ein Entladepuls mit einstellbarer zweiter Amplitude und zweiter Dauer an den Piezo-Aktor angelegt wird, wobei die zweite Entladepulsamplitude und/ oder die zweite Entladepulsdauer kleiner als die erste Entladepulsamplitude bzw. kürzer als die erste Entladepulsdauer sind.
In der DE 10 2008 000 436 A1 wird ein Kraftstoffeinspritzsystem offenbart, welches eine Einspritzeinrichtung hat, in der ein Steuerventil eine Verbindung zwischen einer Ventilkammer und einem Hochdruckkraftstoffkanal unterbricht, um eine Düse zu öffnen, wenn ein piezoelektrischer Stapel aufgeladen wird. Eine durch den piezoelektrischen Stapel erzeugte Last wird durch einen Lastsensor erfasst. Das System bestimmt, dass das Steuerventil die Verbindung zwischen der Ventilkammer und dem Hochdruckkraftstoffkanal unterbricht, und berechnet eine Ansprechzeit des Steuerventils, wenn die durch den piezoelektrischen Stapel erzeugte Last einen Grenzwert erreicht. Das System korrigiert die Aufladegeschwindigkeit des piezoelektrischen Stapels, so, dass die Ansprechzeit des Steuerventils mit einer Sollsteuerventilansprechzeit übereinstimmt. Somit kann die Einspritzstartzeit und eine Einspritzmenge genau gesteuert werden und zwar unabhängig von einer Schwankung der Eigenschaften des piezoelektrischen Stapels zwischen einzelnen piezoelektrischen Stapeln oder unabhängig von einer Alterungsverschlechterung.
DE 103 37 875 A1 offenbart ein Kraftstoffeinspritzsteuerungssystem für eine Brennkraftmaschine. Eine Maschinensteuerungseinheit (ECU) einer Brennkraftmaschine führt dabei eine Energieänderungssteuerung zur Änderung einer Ladungsmenge (eines oberen Grenzwerts der Ladespannung, der Ladegeschwindigkeit oder der Sollenergie) für einen Piezostapel eines Piezo-Injektors entsprechend einem Common-Rail-Druck durch. Während der Energieänderungssteuerung verkürzt die ECU eine Befehlseinspritzzeitdauer, wenn sich die in dem Piezostapel zu ladende Sollenergie erhöht, so dass der tatsächliche Einspritzendzeitverlauf oder Ventilschließzeitverlauf eines Düsenabschnitts unverändert bleibt, selbst falls die Sollenergie geändert wird. Dabei verzögert die ECU den Befehlseinspritzzeitverlauf, wenn die Sollenergie ansteigt, so dass der tatsächliche Einspritzstartzeitverlauf oder Ventilöffnungszeitverlauf des Düsenabschnitts unverändert bleibt, selbst falls die Sollenergie geändert wird.
In der WO 2004 / 016 927 A1 werden eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Ansteuerung eines Aktors, insbesondere eines Piezoaktors, der zur Steuerung der Einspritzung von Kraftstoff in eine Brennkraftmaschine dient, beschrieben. Daher hängt ein Spannungswert, mit dem der Aktor während der Ansteuerung beaufschlagt wird, vom Abstand zwischen einer ersten Teileinspritzung und einer zweiten Teileinspritzung ab.
Daher ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung vorzusehen, welche eine Kraftstoffeinspritzmenge mit hoher Genauigkeit steuert.
Eine Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist bei einem Kraftstoffeinspritzventil vorgesehen, welches einen Ventilkörper, eine Steuerkammer, ein Steuerventil, einen Ventilkolben, ein piezoelektrisches Element und eine öldichte Kammer beinhaltet. Der Ventilkörper öffnet und schließt ein Einspritzloch für eine Kraftstoffeinspritzung. Kraftstoff strömt in die Steuerkammer und aus dieser heraus, um eine Einspritzlochschließkraft auf den Ventilkörper anzuwenden. Das Steuerventil steuert einen Kraftstoffdruck in der Steuerkammer, um die Einspritzlochschließkraft zu steuern, indem ein Ausströmdurchlass geöffnet und geschlossen wird, durch welchen der Kraftstoff aus der Steuerkammer ausströmt. Der Ventilkolben wendet eine Ventilöffnungsstellkraft, welche den Ausströmdurchlass öffnet, auf das Steuerventil an, indem dieser das Steuerventil kontaktiert. Das piezoelektrische Element erzeugt eine Ausdehnungskraft durch eine Ausdehnung, wenn dieses mit einem Strom geladen wird. Die öldichte Kammer ist mit dem Kraftstoff gefüllt, welcher durch die Ausdehnungskraft beaufschlagt wird. Der Kraftstoff in der öldichten Kammer überträgt die Ausdehnungskraft als die Ventilöffnungsstellkraft auf den Ventilkolben. Ein Einspritzzustand des Kraftstoffs aus dem Einspritzloch wird gesteuert, indem eine Menge einer Ladung, welche dem piezoelektrischen Element durch eine Stromzufuhr zugeführt wird, gesteuert wird.
Gemäß einem Aspekt ist die Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass diese ein vorliegendes Startzeit-Schätzteil und ein Energiezufuhrgeschwindigkeits-Steuerungsteil aufweist. Das vorliegende Startzeit-Schätzteil schätzt ein vorliegendes Startzeit-Volumen, welches ein Volumen des Kraftstoffs in der öldichten Kammer zu einer vorliegenden Stromzufuhr-Startzeit ist, beim Starten einer vorliegenden Stromzufuhr an das piezoelektrische Element. Das Energiezufuhrgeschwindigkeits-Steuerungsteil erhöht eine Energiezufuhrgeschwindigkeit bei der vorliegenden Stromzufuhr an das piezoelektrische Element, so wie das vorliegende Startzeit-Volumen abnimmt, das durch das vorliegende Startzeit-Schätzteil geschätzt wird.
Gemäß einem anderen Aspekt ist die Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass diese ein nächstes Startzeit-Vorhersageteil und ein Zufuhrmengen-Steuerungsteil aufweist. Das nächste Startzeit-Vorhersageteil sagt beim Starten einer vorliegenden Stromzufuhr an das piezoelektrische Element ein nächstes Startzeit-Volumen vorher, welches ein Volumen des Kraftstoffs in der öldichten Kammer (24a) zu einer nächsten Stromzufuhr-Startzeit ist. Das Zufuhrmengen-Steuerungsteil verringert eine Energiezufuhrmenge bei der vorliegenden Stromzufuhr an das piezoelektrische Element, so wie das nächste Startzeit-Volumen, das durch das nächste Startzeit-Vorhersageteil vorhergesagt wird, abnimmt.
Es zeigt/es zeigen:

1 ein schematisches Diagramm, das eine Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform sowie ein Kraftstoffeinspritzsystem, welches die Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung beinhaltet, zeigt.
2 eine Schnittansicht, welche einen Querschnitt eines Kraftstoffeinspritzventils zeigt, welches durch die Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung gesteuert wird, die in 1 gezeigt wird.
3 ein Zeitdiagramm, welches ein Beispiel eines Lade- und Entladebetriebs bei der ersten Ausführungsform zeigt.
4 ein Zeitdiagramm, das ein Beispiel eines Kraftstoffeinspritzventilbetriebs im Fall einer ausreichend langen Intervalldauer bei einem Vergleichsbeispiel bezüglich der ersten Ausführungsform zeigt.
5 ein Zeitdiagramm, das ein Beispiel eines Kraftstoffeinspritzventilbetriebs im Fall einer vergleichsweise kurzen Intervalldauer bei einem Vergleichsbeispiel bezüglich der ersten Ausführungsform zeigt.
6 einen Graphen, der eine Beziehung zwischen einem vorhergehenden Endzeit-Volumen und einem Spalt zu einer vorhergehenden Endzeit als ein Ergebnis eines Experiments zeigt, das bei dem Kraftstoffeinspritzventil bei der ersten Ausführungsform durchgeführt wird.
7 einen Graphen, der eine Beziehung zwischen einem Spalt und einer Einspritzstart-Verzögerungszeit als ein Ergebnis eines Experiments zeigt, das bei dem Kraftstoffeinspritzventil bei der ersten Ausführungsform durchgeführt wird.
8 ein Zeitdiagramm, das einen Steuerbetrieb der Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
9 ein Blockdiagramm, das Funktionen der Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
10 ein Flussdiagramm, das eine Steuerverarbeitung zeigt, die durch die Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform ausgeführt wird.
11 ein Flussdiagramm, das eine Steuerverarbeitung zeigt, die durch eine Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform ausgeführt wird.
12 ein Flussdiagramm, das eine Steuerverarbeitung zeigt, die durch eine Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform ausgeführt wird.
13 ein Zeitdiagramm, das Zeitveränderungen einer piezoelektrischen Spannung und ein öldichtes Volumen, welches einen vorteilhaften Effekt der Korrektur unter Verwendung eines Ist-Startzeit-Volumens angibt, zeigt.
14 ein Flussdiagramm, das eine Steuerverarbeitung zeigt, die durch eine Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform ausgeführt wird.
15 ein Zeitdiagramm, das einen Steuerbetrieb der Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform zeigt.
16 ein Zeitdiagramm, das einen Steuerbetrieb einer Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform zeigt.
17 ein Blockdiagramm, das Funktionen der Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung gemäß der fünften Ausführungsform zeigt.

Die vorliegende Erfindung wird untenstehend unter Bezugnahme auf eine Mehrzahl von Ausführungsformen beschrieben werden, die in den Zeichnungen gezeigt werden. Bei der Mehrzahl von Ausführungsformen werden gleiche oder ähnliche strukturelle Teile der Einfachheit halber mit gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen bezeichnet.
Erste Ausführungsform
Eine Steuervorrichtung 100, die in 1 gezeigt wird, ist eine elektronische Steuervorrichtung, welche als eine Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung betrieben wird. Ein Kraftstoffeinspritzventil 1, welches ein Steuergegenstand der Steuervorrichtung 100 ist, ist auf jedem Zylinder einer Mehrzylindermaschine 2 mit interner Verbrennung eines Fahrzeugs montiert. Die Maschine 2 ist eine Kompressions-Selbstzündungs-Dieselmaschine. Das Kraftstoffeinspritzventil 1 spritzt flüssigen Kraftstoff (zum Beispiel Leichtöl) in jede Brennkammer der Maschine 2 ein. In einer Common-Rail 3 wird Hochdruckkraftstoff angesammelt und durch ein Hochdruckzufuhr-Verteilungsrohr 1a jedes Kraftstoffeinspritzventils 1 an jedes Kraftstoffeinspritzventil 1 verteilt. Der Niedrigdruckkraftstoff in dem Kraftstoffeinspritzventil 1 wird durch ein Niedrigdruck-Verteilungsrohr 1b zu einem Kraftstofftank 4 rückgeführt. Eine Hochdruckpumpe 5 beaufschlagt Kraftstoff und führt der Common-Rail 3 den Hochdruckkraftstoff zu.
Ein Raildrucksensor 3a und ein Druckreduzierungsventil 3b sind an der Common-Rail 3 angebracht. Der Raildrucksensor 3a erfasst einen Druck eines Kraftstoffs (Raildruck), der sich in der Common-Rail 3 ansammelt. Das Druckreduzierungsventil 3b ist ein elektromagnetisches Ventil, welches den Raildruck reduziert, indem dieses einen Teil des angesammelten Kraftstoffs zu dem Kraftstofftank 4 rückführt.
Die Steuervorrichtung 100 steuert Betriebsvorgänge der Hochdruckpumpe 5, des Druckreduzierungsventils 3b und des Kraftstoffeinspritzventils 1. Die Steuervorrichtung 100 feedback-steuert zum Beispiel eine Entlademenge der Hochdruckpumpe 5, um dadurch den Raildruck, welcher durch den Raildrucksensor 3a erfasst wird, auf einen Soll-Raildruck zu regulieren bzw. zu regeln. Ferner steuert die Steuervorrichtung 100 den Betrieb des Druckreduzierungsventils 3b, um dadurch den erfassten Raildruck auf den Soll-Raildruck zu regulieren. Die Steuervorrichtung 100 stellt den Soll-Raildruck auf Grundlage einer Drehgeschwindigkeit bzw. Drehzahl einer Ausgangswelle der Maschine 2 pro Zeiteinheit (Maschinendrehzahl), einer Belastung bzw. Last der Maschine 2 und dergleichen ein.
Ferner stellt die Steuervorrichtung 100 eine Soll-Einspritzmenge und einen Soll-Einspritzzeitpunkt eines Kraftstoffs, der ausgehend von dem Kraftstoffeinspritzventil 1 eingespritzt wird, auf Grundlage der Maschinendrehzahl und der Maschinenlast ein. Das Kraftstoffeinspritzventil 1 ist dazu konfiguriert, eine mehrstufige Einspritzung durchführen zu können, das heißt, einen Kraftstoff mehrmals in einem Verbrennungszyklus jedes Zylinders der Maschine 2 einzuspritzen. Die Steuervorrichtung 100 stellt ferner eine Anzahl an Einspritzungen bei einer mehrstufigen Einspritzung und ein Zeitintervall zwischen Einspritzungen auf Grundlage der Maschinendrehzahl, Maschinenlast und dergleichen ein.
Die Steuervorrichtung 100 beinhaltet zumindest eine arithmetische Verarbeitungseinheit (Prozessor) und zumindest einen Speicher als ein Speichermedium zum Speichern von Programmen, die durch den Prozessor ausgeführt werden, und Daten, die bei der Ausführung der Programme durch den Prozessor verwendet werden. Der Prozessor und der Speicher können aus einem Mikrocomputer ausgebildet sein. Das Speichermedium ist ein nicht vorübergehendes greifbares Speichermedium, welches die Programme derart speichert, dass diese durch den Prozessor abrufbar sind. Das Speichermedium kann ein Halbleiterspeicher oder eine magnetische Scheibe sein. Die Steuervorrichtung 100 kann aus einem Computer oder einem Satz von Rechenvorrichtungen ausgebildet sein, welche über eine Datenkommunikationsvorrichtung verbunden sind. Die Steuervorrichtung 100 führt verschiedene Funktionen durch und wird so wie entsprechende funktionelle Teile betrieben, indem diese Programme ausführt.
Wie in 2 gezeigt wird, ist das Kraftstoffeinspritzventil 12 aus einem Körper 10, einem piezoelektrischen Aktuator 20, einem Steuerventil 30 und einer Nadel 40 ausgebildet. In dem Körper 10 sind ein Einspritzloch 11, wovon eine Mehrzahl vorliegt, ein Hochdruckdurchlass 12, ein Niedrigdruck-Ausströmdurchlass 13, eine Ventilsteuerkammer 14, eine Gegendrucksteuerkammer 15 und eine Düsenkammer 16 ausgebildet. Der Hochdruckkraftstoff, der von der Common-Rail 3 durch das Hochdruck-Verteilungsrohr 1a an das Kraftstoffeinspritzventil 1 verteilt wird, wird ausgehend von dem Einspritzloch 11 durch den Hochdruckdurchlass 12 und die Düsenkammer 16 eingespritzt. Das Kraftstoffeinspritzventil 1 ist auf einem Zylinderkopf der Maschine 2 montiert, um den Hochdruckkraftstoff direkt in eine Brennkammer jedes Zylinders einzuspritzen. Ein Teil des Hochdruckkraftstoffs, der von dem Hochdruckdurchlass 12 zugeführt wird, wird verwendet, um das Einspritzloch 11 zu öffnen und schließen. Der Kraftstoff, der ausgehend von der Gegendrucksteuerkammer 15 und der Ventilsteuerkammer 14 abgeführt wird, nachdem dieser dazu verwendet worden ist, das Einspritzloch 11 zu öffnen und schließen, wird dieser durch den Ausströmdurchlass 13 und das Niedrigdruck-Verteilungsrohr 1b zu dem Kraftstofftank 4 rückgeführt.
Da die Gegendrucksteuerkammer 15 und die Ventilsteuerkammer 14 immer miteinander in Verbindung stehen, sind der Kraftstoffdruck in der Gegendrucksteuerkammer 15 und der Kraftstoffdruck in der Ventilsteuerkammer 14 unter der Annahme, dass keine Zeitverzögerung vorliegt, gleich. Die Gegendrucksteuerkammer 15 und die Ventilsteuerkammer 14 werden als eine Steuerkammer betrieben, in und aus welcher der Kraftstoff zum Anwenden der Einspritzlochschließkraft auf die Nadel 40 strömt. Der Ausströmdurchlass 13 wird wie ein Auslassdurchlass zum Ablaufen des Kraftstoffs aus der Ventilsteuerkammer 14 betrieben.
Die Nadel 40, welche ein Ventilbauteil ist, öffnet und schließt das Einspritzloch 11 tatsächlich, indem diese einen Durchlass öffnet und schließt, welcher eine stromaufwärtige Seite des Einspritzlochs 11 ist. Die Nadel 40 wird mit einer federnden Kraft eines federnden Bauteils 41 wie einer Feder in einer Ventilschließrichtung vorgespannt, das heißt in einer Richtung, um das Einspritzloch 11 zu schließen. Ein Druck des Kraftstoffs, der in der Gegendrucksteuerkammer 15 eingefüllt ist, wird als ein Steuerdruck auf eine Druckaufnahmeoberfläche der Nadel 40, welche dem Einspritzloch 11 gegenüberliegend angeordnet ist, angewendet. Ein Druck des Hochdruckkraftstoffs, der in der Düsenkammer 16 eingefüllt ist, wird in einer Ventilöffnungsrichtung auf eine Druckaufnahmeoberfläche, welche die Seite des Einspritzlochs 11 ist, angewendet. Aus diesem Grund wird die Nadel 40 derart betrieben, dass diese das Einspritzloch 11 öffnet und Kraftstoff einspritzt, wenn der Steuerdruck in der Gegendrucksteuerkammer 15 derart verringert wird, dass dieser niedriger ist als ein vorgegebener Druck, und die Nadel 40 wird derart betrieben, dass diese das Einspritzloch 11 schließt und die Kraftstoffeinspritzung stoppt, wenn der Steuerdruck derart erhöht wird, dass dieser höher ist als der vorgegebene Druck.
Das Steuerventil 30 befindet sich in der Ventilsteuerkammer 14 und ist aus einem ersten Ventil 31 und einem zweiten Ventil 32 ausgebildet. Das erste Ventil 31 trennt sich von einer ersten Sitzoberfläche 14a, die in dem Körper 10 ausgebildet ist, und liegt an dieser an, um zwischen einer Verbindung und einer Abtrennung zwischen der Ventilsteuerkammer 14 und dem Ausströmdurchlass 13 umzuschalten. Das zweite Ventil 32 trennt sich von einer zweiten Sitzoberfläche 14b, die in dem Körper 10 ausgebildet ist, und liegt an dieser an, um zwischen einer Verbindung und einer Abtrennung zwischen der Ventilsteuerkammer 14 und der Düsenkammer 16 umzuschalten. Eine Oberfläche des ersten Ventils 31, welches sich von der ersten Sitzoberfläche 14a trennt und auf dieser sitzt bzw. an dieser anliegt, ist in einer halbkugelförmigen Kugelform ausgebildet. Eine Oberfläche des zweiten Ventils 32, welches sich von der zweiten Sitzoberfläche 14b trennt und an dieser anliegt, ist in einer flachen Plattenform ausgebildet. Wenn eines ausgewählt aus dem ersten Ventil 31 und dem zweiten Ventil 32 anliegt, wird das jeweils andere getrennt. Wenn eines ausgewählt aus dem ersten Ventil 31 und dem zweiten Ventil 32 getrennt wird, liegt das jeweils andere an.
Ein federndes Bauteil 34 wie beispielsweise eine Feder wendet eine federnde Kraft auf ein Eingriffsteil 33 in einer Richtung an, um das erste Ventil 31 zu schließen, das heißt in der Richtung, in welcher das erste Ventil 31 geschlossen wird. Der piezoelektrische Aktuator 20 wendet eine Antriebskraft in einer Richtung auf das erste Ventil 31 an, um das erste Ventil 31 zu öffnen, das heißt in der Richtung, um das erste Ventil 31 zu öffnen. In einem Zustand, in welchem sich das erste Ventil 31 in einem geschlossen Zustand befindet, wird der Druck des Kraftstoffs, der in der Ventilsteuerkammer 14 eingefüllt ist, in einer Richtung, um das erste Ventil 31 zu schließen, angewendet. In einem Zustand, in welchem das erste Ventil 31 offen ist und das zweite Ventil 32 geschlossen ist, wird der Druck des Hochdruckkraftstoffs, der in der Düsenkammer 16 eingefüllt ist, angewendet, um das zweite Ventil 32 zu öffnen, das heißt in einer Richtung, um das erste Ventil 31 zu schließen.
Aus diesem Grund startet bzw. fängt das erste Ventil 31 an, sich zu öffnen, das heißt es startet seinen Ventilöffnungsbetrieb, wenn die Antriebskraft des piezoelektrischen Aktuators 20 eine Ventilschließkraft (Kraftstoffdruck-Ventilschließkraft Fa) überschreitet, die durch die federnde Kraft des federnden Bauteils 34 und den Kraftstoffdruck in der Ventilsteuerkammer 14 in einem Zustand vorgesehen ist, in welchem das erste Ventil 31 geschlossen ist, wie in 2 gezeigt wird. Da der Kraftstoffdruck in der Ventilsteuerkammer 14 abnimmt, nachdem das erste Ventil 31 geöffnet wurde, wird die Kraftstoffdruck-Ventilschließkraft Fa entsprechend verringert.
Wenn der piezoelektrische Aktuator 20 das Steuerventil 30 ferner nach unten drückt, nachdem das zweite Ventil 32 geschlossen wurde, liegt das zweite Ventil 32 auf der zweiten Sitzoberfläche 14b an und wird nach unten gedrückt. Somit verändert das zweite Ventil 32 dessen Zustand von dem offenen Ventilzustand zu dem geschlossenen Ventilzustand. Um diesen geschlossenen Ventilzustand beizubehalten, ist es erforderlich, dass die Antriebskraft des piezoelektrischen Aktuators 20 größer ist als die Ventilschließkraft, welche durch die federnde Kraft des federnden Bauteils 34 und den Kraftstoffdruck der Düsenkammer 16 vorgesehen ist. Aus diesem Grund, nimmt die Antriebskraft des piezoelektrischen Aktuators 20 zu, die erforderlich ist, um die Schließung des zweiten Ventils 32 beizubehalten, so wie der Raildruck zunimmt.
Der piezoelektrische Aktuator 20 beinhaltet einen piezoelektrischen Stapel 21, ein federndes Bauteil 22, eine Kontaktplatte 23, ein Führungsbauteil 24, einen Kolben 25 mit großem Durchmesser, einen Kolben 26 mit kleinem Durchmesser, ein federndes Bauteil 27 und eine Stange 28. Der piezoelektrische Stapel 21 wird aus einem piezoelektrischen Element 21a einer Mehrzahl von Platten des piezoelektrischen Elements und einem Haltebauteil 21b zum Halten der Mehrzahl von Platten des piezoelektrischen Elements in einem Stapel ausgebildet. Jede Platte des piezoelektrischen Elements ist in einer Richtung gestapelt, die senkrecht zu einer Plattenoberfläche verläuft. Somit ist die Mehrzahl von Platten des piezoelektrischen Elements elektrisch in Reihe verbunden.
Das piezoelektrische Element 21a wird als ein Aktuator betrieben, welcher eine Ausdehnungskraft erzeugt, wenn dieser durch einen inversen piezoelektrischen Effekt ausgedehnt wird. Genauer gesagt ist das piezoelektrische Element 21a eine kapazitive Belastung. Das piezoelektrische Element 21a dehnt sich aus und zieht sich zusammen, wenn es jeweils durch Laden einer elektrischen Energie geladen und durch Entladen der elektrischen Energie entladen wird.
Das federnde Bauteil 22 wendet eine kompressive Vorbelastung Fpre, welche eine federnde Kraft ist, auf die Kontaktplatte 23 an, indem dieses sich in der Stapelrichtung des piezoelektrischen Elements 21a federnd verformt. Die Kontaktplatte 23 kontaktiert den piezoelektrischen Stapel 21 und wendet die federnde Kraft des federnden Bauteils 22 auf den piezoelektrischen Stapel 21 an. Der piezoelektrische Stapel 21 ist durch eine Innenwand des Körpers 10 und die Kontaktplatte 23 umschlossen, während dieser in der Stapelrichtung die kompressive Kraft von der Kontaktplatte 23 aufnimmt. Das heißt, ungeachtet der Stromzufuhr an das piezoelektrische Element 21a ist bei dem piezoelektrischen Element 21a durch die federnde Kraft eine kompressive Druckkraft vorgesehen. Somit wird die kompressive Belastung vor dem Laden als die kompressive Vorbelastung Fpre auf das piezoelektrische Element 21a angewendet.
Das Führungsbauteil 24 hält den Kolben 25 mit großem Durchmesser und den Kolben 26 mit kleinem Durchmesser gleitbar in der Stapelrichtung. Eine Innenwandoberfläche des Führungsbauteils 24, eine Bodenendoberfläche des Kolbens 25 mit großem Durchmesser und eine obere Endoberfläche des Kolbens 26 mit kleinem Durchmesser definieren eine öldichte Kammer 24a. Der Kraftstoff wird in der öldichten Kammer 24a eingefüllt und auf eine Weise öldicht umschlossen, sodass dieser beaufschlagt werden und auslecken kann.
Das heißt, dass der Kraftstoff in der öldichten Kammer 24a durch die Ausdehnungskraft des piezoelektrischen Elements 21a beaufschlagt wird, wenn sich das piezoelektrische Element 21a ausdehnt und sich der Kolben 25 mit großem Durchmesser in einer Richtung bewegt, um die öldichte Kammer 24a zu reduzieren. Zu der gleichen Zeit strömt der Kraftstoff in der öldichten Kammer 24a aus einer Öffnung 13b des Führungsbauteils 24 durch einen Gleitzwischenraum zwischen einer äußeren peripheren Oberfläche des Kolbens 25 mit großem Durchmesser und einer inneren peripheren Oberfläche des Führungsbauteils 24. Der Kraftstoff in der öldichten Kammer 24a strömt ferner aus einem Leckageloch 13c, das in dem Führungsbauteil 24 ausgebildet ist, durch einen Gleitzwischenraum zwischen einer äußeren peripheren Oberfläche des Kolbens 26 mit kleinem Durchmesser und der inneren peripheren Oberfläche des Führungsbauteils 24. Der Niedrigdruckkraftstoff, der aus der Öffnung 13b und dem Leckageloch 13c des Führungsbauteils 24 strömt, wird durch den Ausströmdurchlass 13 in das Niedrigdruck-Verteilungsrohr 1b abgeführt.
Das federnde Bauteil 27 verformt sich federnd in der Stapelrichtung und wendet die federnde Kraft auf den Kolben 26 mit kleinem Durchmesser an. Der Kolben 26 mit kleinem Durchmesser wird durch die federnde Kraft, die ausgehend von dem federnden Bauteil 27 angewendet wird, und den Druck in der öldichten Kammer 24a hin zu dem ersten Ventil 31 vorgespannt. Die Vorspannkraft wird ausgehend von dem Kolben 26 mit kleinem Durchmesser durch die Stange 28 als die Ventilöffnungskraft für das erste Ventil 31 auf das erste Ventil 31 angewendet. Der Kolben 26 mit kleinem Durchmesser und die Stange 28 werden als ein Ventilkolben betrieben, welcher das Steuerventil 30 kontaktiert und eine Ventilöffnungsstellkraft zum Öffnen des Auslassdurchlasses auf das Steuerventil 30 anwendet.
Ein Betrieb des Kraftstoffeinspritzventils 1, das wie vorstehend beschrieben konfiguriert ist, wird untenstehend beschrieben werden.
Wenn sich das piezoelektrische Element 21a mit der elektrischen Energie, die dem piezoelektrischen Element 21a zugeführt wird, ausdehnt, bewegt sich der Kolben 25 mit großem Durchmesser in der Richtung, um sich an den Kolben 26 mit kleinem Durchmesser anzunähern. Die Bewegung des Kolbens 25 mit großem Durchmesser wird vergrößert und durch die öldichte Kammer 24a, welche zwischen dem Kolben 25 mit großem Durchmesser und dem Kolben 26 mit kleinem Durchmesser angeordnet ist, auf den Kolben 26 mit kleinem Durchmesser übertragen. Der Kolben 26 mit kleinem Durchmesser bewegt sich als Reaktion darauf mehr in der Richtung, um sich an das Steuerventil 30 anzunähern, als der Kolben 25 mit großem Durchmesser. Somit wird das Steuerventil 30 nach unten gedrückt und das erste Ventil 31 trennt sich von der ersten Sitzoberfläche 14a und öffnet sich.
Im Ergebnis wird der Kraftstoff in der Ventilsteuerkammer 14 aus dem Ausströmdurchlass 13 durch die Ausflussöffnung 13a abgeführt und der Kraftstoffdruck in der Ventilsteuerkammer 14 nimmt ab. Da die Ventilsteuerkammer 14 mit der Gegendrucksteuerkammer 15 in Verbindung steht, nimmt der Kraftstoffdruck in der Gegendrucksteuerkammer 15 ebenfalls ab, so wie der Kraftstoffdruck in der Ventilsteuerkammer 14 abnimmt. Da der Gegendruck der Nadel 40 somit abnimmt, startet die Nadel 40 deren Öffnungsbetrieb.
Das zweite Ventil 32 befindet sich unmittelbar nach dem Öffnen des ersten Ventils 31 in dem geschlossenen Zustand. Wenn sich das piezoelektrische Element 21a nach dem Öffnen des ersten Ventils 31 weiter ausdehnt, liegt das zweite Ventil 32 auf der zweiten Sitzoberfläche 14b an und schließt sich. Die Verbindung bzw. Kommunikation zwischen der Düsenkammer 16 und der Ventilsteuerkammer 14 wird somit abgetrennt und die Strömung des Hochdruckkraftstoffs von der Düsenkammer 16 zu der Ventilsteuerkammer 14 wird abgetrennt. Im Ergebnis wird der Kraftstoffdruck in der Ventilsteuerkammer 14 derart gefördert, dass dieser abnimmt. Der Kraftstoffdruck in der Gegendruck-Steuerkammer 15, das heißt, der Gegendruck der Nadel 40, nimmt rasch ab und die Nadel 40 startet rasch deren Ventilöffnungsbetrieb für eine Kraftstoffeinspritzung ausgehend von dem Einspritzloch 11. Das heißt, dass die Zeitspanne vom Starten der Stromzufuhr an das piezoelektrische Element 21a zu der Ventilöffnung der Nadel 40 verkürzt wird, wobei diese dadurch eine Ventilöffnungs-Charakteristik der Nadel 40 verbessert.
Wenn die elektrische Energie, die dem piezoelektrischen Element 21a zugeführt wird, entladen wird und sich das piezoelektrische Element 21a zusammenzieht, bewegen sich sowohl der Kolben 25 mit großem Durchmesser als auch der Kolben 26 mit kleinem Durchmesser in der Richtung, um sich von der Ventilsteuerkammer 14 zu trennen. Anschließend bewegt sich das Steuerventil 30 mit der federnden Kraft des federnden Bauteils 34 in der Richtung, um sich an den piezoelektrischen Aktuator 20 anzunähern. Im Ergebnis trennt sich das zweite Ventil 32 von der zweiten Sitzoberfläche 14b, um sich in dem Ventilöffnungszustand zu befinden, und das erste Ventil 31 liegt auf der ersten Sitzoberfläche 14a an, um sich in dem Ventilschließzustand zu befinden.
Somit stehen die Düsenkammer 16 und die Ventilsteuerkammer 14 miteinander in Verbindung und die Verbindung zwischen der Ventilsteuerkammer 14 und dem Ausströmdurchlass 13 wird abgetrennt. Im Ergebnis wird das Ausströmen des Kraftstoffs aus der Ventilsteuerkammer 14 zu dem Ausströmdurchlass 13 gestoppt und der Hochdruckkraftstoff strömt aus der Düsenkammer 16 zu der Ventilsteuerkammer 14. Somit nimmt der Kraftstoffdruck in der Ventilsteuerkammer 14 zu. Da die Ventilsteuerkammer 14 mit der Gegendrucksteuerkammer 15 in Verbindung steht, nimmt der Kraftstoffdruck in der Gegendrucksteuerkammer 15 mit einer Erhöhung des Kraftstoffdrucks in der Ventilsteuerkammer 14 zu. Da der Gegendruck der Nadel 40 zunimmt, startet die Nadel 40 deren Ventilschließbetrieb.
Ein Betrieb der Steuervorrichtung 100 für das Kraftstoffeinspritzventil 1, das wie vorstehend beschrieben konfiguriert ist, wird untenstehend unter Bezugnahme auf 3, welche eine beispielhafte Steuerung für jede Einspritzung bei einer mehrstufigen Einspritzung zeigt, beschrieben werden.
Die Steuervorrichtung 100 beinhaltet ferner zusätzlich zu dem vorstehend beschriebenen Mikrocomputer eine Antriebsschaltung, welche ein An- und Ausschalten der Stromzufuhr an das piezoelektrische Element 21a steuert. Der Mikrocomputer gibt ein Befehlssignal einer Niederspannung (zum Beispiel 5 V) aus und die Antriebsschaltung gibt eine Antriebsleistung einer Hochspannung aus, welche höher ist als die des Befehlssignals. In 3 zeigen (a) und (b) die Befehlssignale, welche einen Einspritzbefehl, einen Lade- und Entlade- (Lade-Entlade-) Befehl beinhalten. In 3 zeigen (c) und (d) Zeitveränderungen eines Stroms und einer Spannung der Antriebsleistung. Der Strom ist ein piezoelektrischer Strom, welcher in dem piezoelektrischen Element 21a fließt, und die Spannung ist eine piezoelektrische Spannung des piezoelektrischen Elements 21a. Da eine Mehrzahl von piezoelektrischen Elementen als das piezoelektrische Element 21a in Reihe verbunden sind, entspricht die piezoelektrische Spannung einer Spannung zwischen Anschlüssen der in Reihe verbundenen piezoelektrischen Elemente.
Die Steuervorrichtung 100 steuert eine Menge einer Ladung (Lademenge), die dem piezoelektrischen Element 21a zugeführt wird. Somit steuert die Steuervorrichtung 100 die Ausdehnung des piezoelektrischen Elements 21a, die Ventilöffnungsstellkraft, welche durch den Kraftstoff in der öldichten Kammer 24a auf den Ventilkolben übertragen wird, und den Zustand einer Kraftstoffeinspritzung ausgehend von dem Einspritzloch 11. Genauer gesagt berechnet die Steuervorrichtung 100 eine Einspritzbefehlsdauer Tq auf Grundlage des Raildrucks, der durch den Raildrucksensor 3a und die Soll-Einspritzmenge erfasst wird, und gibt das Einspritzbefehlssignal der berechneten Einspritzbefehlsdauer Tq aus. Die Dauer Tq zum Ausgeben des Einspritzbefehlssignals wird in eine Ladedauer Tc, in welcher das Ladebefehlssignal ausgegeben wird, und eine Haltedauer Th unterteilt. Die Steuervorrichtung 100 führt in der Ladedauer Tc eine Ladesteuerung aus, wie später beschrieben werden wird, und in der Haltedauer Th eine Haltesteuerung aus, welche der Ladedauer Tc folgt, wie später beschrieben wird. In einer Entladedauer To zum Ausgeben des Entladebefehlssignals führt die Steuervorrichtung 100 eine Entladesteuerung aus, wie später beschrieben wird.
Die Antriebsschaltung beinhaltet einen Stromzufuhrschalter, einen Ladeschalter und einen Entladeschalter. Das piezoelektrische Element 21a wird geladen, wenn der Stromzufuhrschalter in einem Zustand, in welchem der Ladeschalter sich in einem An-Zustand befindet, angeschaltet wird. Das piezoelektrische Element 21a wird entladen, wenn der Stromzufuhrschalter in einem Zustand, in welchem der Entladeschalter sich in einem An-Zustand befindet, angeschaltet wird. Diese Umschaltbetriebsvorgänge werden bei der Ladesteuerung, der Haltesteuerung und der Entladesteuerung gesteuert.
Die Lade-Steuerung wird unter Bezugnahme auf 3 beschrieben werden.
Die Antriebsschaltung schaltet den Ladeschalter während einer Dauer zum Ausgeben des Einspritzbefehlssignals an und schaltet den Stromzufuhrschalter zu einem Anstiegszeitpunkt des Einspritzbefehlssignals an. Somit fangen die Ladespannung und der Ladestrom an zu steigen, wie in (c) und (d) gezeigt wird. Die Steuervorrichtung 100 beinhaltet eine Schaltung zum Erfassen einer elektrischen Ladung des piezoelektrischen Elements 21a. Die Steuervorrichtung 100 schaltet den Stromzufuhrschalter zu einem Zeitpunkt ab, wenn eine Erhöhungsmenge der erfassten Ladung eine vorgegebene Menge erreicht. Somit fällt der Ladestrom, wie in (c) gezeigt wird. Obwohl die piezoelektrische Spannung in der Stromzufuhr-Abschaltdauer weiter ansteigt, ist eine Anstiegsgeschwindigkeit der piezoelektrischen Spannung bei der Stromzufuhr-Abschaltdauer langsamer als bei der Stromzufuhr-Anschaltdauer.
Zu einem Zeitpunkt, wenn eine vorgegebene Dauer verstreicht, nachdem der Stromzufuhrschalter infolge des vorstehend beschriebenen Abschaltens der Stromzufuhr abgeschaltet wurde, schaltet die Steuervorrichtung 100 den Stromzufuhrschalter wieder an und steuert den Stromzufuhrschalter derart, dass dieser weiter angeschaltet wird, bis die Zunahmemenge der Ladung wieder die vorgegebene Menge erreicht. Indem somit die Ladesteuerung ausgeführt wird, welche das Anschalten und Ausschalten des Stromzufuhrschalters mehrmals umschaltet, erhöht die Steuervorrichtung 100 die Lademenge des piezoelektrischen Elements 21a. Die Lademenge ist eine Menge an elektrischer Energie, die in dem piezoelektrischen Element 21a gespeichert wird. Diese elektrische Energiemenge ist proportional zu der piezoelektrischen Spannung.
Als nächstes wird unter Bezugnahme auf 3 die Halte-Steuerung beschrieben werden.
Die Steuervorrichtung 100 beendet die Ladesteuerung zu einem Zeitpunkt, wenn die elektrische Energie (Antriebsenergie), die dem piezoelektrischen Element 21a zugeführt wird, eine Soll-Energie erreicht. Im Ergebnis verändert sich die Einspritzbefehlsdauer Tq von der Ladedauer Tc zu der Haltedauer Th. Alternativ kann zum Steuern der Antriebsenergie wie vorstehend beschrieben die piezoelektrische Spannung derart gesteuert werden, dass diese die Ladesteuerung zu einem Zeitpunkt beendet, wenn die piezoelektrische Spannung eine Soll-Spannung Vtrg erreicht.
In der Haltedauer Th führt die Steuervorrichtung 100 die Haltesteuerung aus, welche die piezoelektrische Spannung ohne Laden und Entladen bei der Soll-Spannung Vtrg hält. Die Soll-Spannung Vtrg ist auf einen Wert eingestellt, welcher eine ausreichende Antriebskraft vorsieht, um zu verhindern, dass sich das zweite Ventil 32 öffnet. Das heißt, im Fall, dass die Soll-Spannung Vtrg zu klein ist, ist die Druckkraft des zweiten Ventils 32 auf die zweite Sitzoberfläche 14b unzureichend und das zweite Ventil 32 wird in der Haltedauer Th durch den Kraftstoffdruck der Düsenkammer 16 gedrückt. Im Ergebnis ist es wahrscheinlich, dass sich das zweite Ventil 32 versehentlich in der Haltedauer Th öffnet. Die Soll-Spannung Vtrg ist daher derart eingestellt, dass diese keine derartige unerwartete Ventilöffnung verursacht. Die Soll-Spannung Vtrg ist derart eingestellt, dass diese höher ist, so wie der Kraftstoffzufuhrdruck (Raildruck) höher ist.
Als nächstes wird unter Bezugnahme auf 3 die Entlade-Steuerung beschrieben werden.
Zu einem Zeitpunkt, wenn nach dem Stromzufuhrstart die Einspritzbefehlsdauer Tq verstreicht, verändert sich die Dauer von der Haltedauer Th so wie die Entladedauer To. Bei der Entladedauer To schaltet die Antriebsschaltung den Entladeschalter an. Die Antriebsschaltung schaltet ferner den Stromzufuhrschalter zu einem Zeitpunkt an, wenn das Entladebefehlssignal steigt. Somit fangen die Ladespannung und der Ladestrom an zu fallen, wie in (c) und (d) gezeigt wird. Die Steuervorrichtung 100 schaltet den Stromzufuhrschalter zu einem Zeitpunkt ab, wenn eine Verringerungsmenge der erfassten Ladung eine vorgegebene Menge erreicht. Somit steigt der Ladestrom, wie in (c) gezeigt wird. Während der Stromzufuhr-Abschaltdauer fällt die piezoelektrische Spannung weiter. Allerdings ist eine Abfallgeschwindigkeit der piezoelektrischen Spannung bei der Stromzufuhr-Abschaltdauer langsamer als bei der Stromzufuhr-Anschaltdauer.
Das erste Ventil 31 fängt an, sich in der Ladedauer Tc zu öffnen, nachdem das Einspritzbefehlssignal ausgegeben wurde, und das zweite Ventil 32 schließt sich vor der Veränderung zu der Haltedauer Th. Das zweite Ventil 32 fängt an, sich in der Entladedauer To zu öffnen, nachdem das Einspritzbefehlssignal gestoppt wurde, und das erste Ventil 31 schließt sich.
4 und 5 zeigen eine Differenz, welche aufgrund einer Differenz zwischen der Intervalldauer Tint zwischen den Kraftstoffeinspritzungen zwischen Betriebsvorgängen des Kraftstoffeinspritzventils 1 auftritt.
Ein Betrieb des Kraftstoffeinspritzventils 1 wird unter Bezugnahme auf 4 beschrieben werden, bei welchem die Intervalldauer Tint ausreichend lang ist. Wie in (a) von 4 gezeigt wird, ist in einem Fall, bei welchem sich der Einspritzbefehl in dem Aus-Zustand befindet, die Ausdehnungsmenge des piezoelektrischen Elements 21a null und die Kontaktplatte 23 befindet sich an einer Bezugs- bzw. Referenzposition, wie mit einer Strich-Strichlinie angegeben ist. Der Kraftstoff in der öldichten Kammer 24a wird nicht beaufschlagt und der Kraftstoffdruck in der öldichten Kammer 24a (öldichter Druck) ist niedrig. Aus diesem Grund befinden sich der Kolben 26 mit kleinem Durchmesser und die Stange 28 derart an der Referenzposition, dass die Bodenendoberfläche der Stange 28 mit der oberen Endoberfläche des ersten Ventils 31 in Kontakt steht, wie durch eine Strich-Strichlinie in der Figur angegeben ist.
Anschließend dehnt sich das piezoelektrische Element 21a aus und die Kontaktplatte 23 bewegt sich ausgehend von der Referenzposition um eine Länge einer Ausdehnung Lp, wenn der Einspritzbefehl sich von dem Aus-Zustand zu dem An-Zustand verändert, wie in (b) von 4 gezeigt wird. Aus diesem Grund wird der Kraftstoff in der öldichten Kammer 24a beaufschlagt und der Kolben 26 mit kleinem Durchmesser und die Stange 28 bewegen sich von der Referenzposition zu dem ersten Ventil 31. Im Ergebnis wird das erste Ventil 31 derart durch die Stange 28 gedrückt, dass dieses sich öffnet und die Kraftstoffeinspritzung aus dem Einspritzloch 11 startet. So wie der Kraftstoff in der öldichten Kammer 24a beaufschlagt wird, strömt der Kraftstoff in der öldichten Kammer 24a aus der Öffnung 13b und dem Leckageloch 13c, wie mit einem Pfeil in der Figur angegeben wird. Somit fällt der öldichte Druck während der An-Dauer des Einspritzbefehls allmählich ab und das Kraftstoffvolumen in der öldichten Kammer 24a (öldichtes Volumen) nimmt allmählich ab.
In der folgenden Beschreibung wird das öldichte Volumen zu dem Startzeitpunkt der Stromzufuhr an das piezoelektrische Element 21a als Reaktion auf das Umschalten des Einspritzbefehlssignals von dem Aus-Zustand zu dem An-Zustand als ein Startzeit-Volumen Vb bezeichnet.
Anschließend zieht sich das piezoelektrische Element 21a zusammen und der Kolben 25 mit großem Durchmesser bewegt sich in einer Richtung, um die öldichte Kammer 24a auszudehnen, wenn der Einspritzbefehl sich von dem An-Zustand zu dem Aus-Zustand verändert, wie in (c) von 4 gezeigt wird. Aus diesem Grund dehnt sich das öldichte Volumen in einer kurzen Dauer rasch aus und senkt den öldichten Druck, sodass der Kraftstoff ausgehend von der Öffnung 13b und dem Leckageloch 13c einströmt. Dieser Kraftstoff strömt ferner durch den Gleitspalt des Führungsbauteils 24 in die öldichte Kammer 24a.
Da der öldichte Druck zu dieser Zeit abfällt, wird der Kolben 26 mit kleinem Durchmesser hin zu der öldichten Kammer 24a angezogen. Das heißt, der Druck des Kolbens 26 mit kleinem Durchmesser auf der Seite der öldichten Kammer 24a fällt derart ab, dass dieser niedriger ist als der Druck auf der Seite der Stange 28, und der Kolben 26 mit kleinem Durchmesser wird aufgrund dieser Druckdifferenz zu der öldichten Kammer 24a angezogen. Im Ergebnis ist es wahrscheinlich, dass der Kolben 26 mit kleinem Durchmesser sich zusammen mit der Stange 28 weiter hin zu der Seite der öldichten Kammer 24a bewegt, selbst nachdem das erste Ventil 31 zu der Ventilschließposition angehoben wurde und der Kolben 26 mit kleinem Durchmesser über die Referenzposition hinaus hin zu der Seite des Kolbens 25 mit großem Durchmesser überschwingt. In diesem Fall trennt sich die Stange 28 von dem ersten Ventil 31 und bildet zwischen der Stange 28 und dem ersten Ventil 31 einen Spalt L aus. Dieser Spalt L ist gleich einer Überschwingungsgröße La des Kolbens 26 mit kleinem Durchmesser von dessen Referenzposition.
Anschließend steigt, wie in (d) von 4 gezeigt wird, der öldichte Druck, welcher abgefallen ist, allmählich an, so wie der Kraftstoff während der Aus-Dauer des Einspritzbefehls in die öldichte Kammer 24a strömt. Das heißt, dass der Kraftstoff während der Aus-Dauer des Einspritzbefehls durch eine Ausdehnungsmenge der öldichten Kammer 24a, welche durch den Abschluss der Stromzufuhr bewirkt wird, wieder in die öldichte Kammer 24a eingefüllt wird, und der öldichte Druck steigt auf den Druck (stellt diesen wieder her), bei welchem die Kraftstoffströmung von der Öffnung 13b und dem Leckageloch 13c stoppt. Im Ergebnis bewegt sich der Kolben 26 mit kleinem Durchmesser durch die federnde Kraft des federnden Bauteils 27 aufgrund der Verringerung bzw. Abnahme der Druckdifferenz hin zu dem ersten Ventil 31. Der Kolben 26 mit kleinem Durchmesser kontaktiert somit das erste Ventil 31 und der Spalt L wird auf null reduziert.
Anschließend dehnt sich das piezoelektrische Element 21a aus und beaufschlagt wieder den Kraftstoff in der öldichten Kammer 24a, wenn der Einspritzbefehl sich von dem Aus-Zustand wieder zu dem An-Zustand verändert, wie in (e) von 4 gezeigt wird. Im Ergebnis startet die Kraftstoffeinspritzung, ähnlich wie bei dem vorstehend beschriebenen Fall (a), und der Kraftstoff in der öldichten Kammer 24a strömt aus. Der öldichte Druck und das öldichte Volumen in der öldichten Kammer 24a nehmen allmählich ab.
Wie vorstehend beschrieben wird, zeigt das Vergleichsbeispiel von 4, dass, obwohl zu der Endzeit der Stromzufuhr der Spalt L zwischen der Stange 28 und dem ersten Ventil 31 auftritt, der öldichte Druck wiederhergestellt wird und der Spalt L während der Aus-Dauer des Einspritzbefehls auf null reduziert wird. Das heißt, dass 4 einen Fall zeigt, bei welchem die Intervalldauer Tint ausreichend lang ist, dass diese dazu fähig ist, den Spalt L zu beseitigen, indem während des Intervalls von dem Abschluss der vorliegenden Stromzufuhr zu dem Start der nächsten Stromzufuhr wiederhergestellt wird und der Spalt L beseitigt wird.
Als nächstes wird unter Bezugnahme auf 5 ein Betrieb beschrieben werden, bei welchem die Intervalldauer Tint zu kurz ist, um eine vorstehend beschriebene Wiederherstellungszeit sicherzustellen. 5, (a), (b) und (c) sind jeweils die gleichen wie (a), (b) und (c) von 4. Bei dem Beispiel von 4 wird die Stromzufuhr der nächsten Einspritzung in dem Zustand gestartet, in welchem der öldichte Druck ausreichend wiederhergestellt wird, und der Spalt L wird während der Intervalldauer Tint auf null reduziert, wie vorstehend beschrieben wird. In dem Beispiel von 5 wird der öldichte Druck zu der Startzeit der Stromzufuhr der nächsten Einspritzung allerdings nicht vollständig wiederhergestellt, weil die Intervalldauer Tint kurz ist. Aus diesem Grund bewegt sich der Kolben 26 mit kleinem Durchmesser zu der nächsten Startzeit der Stromzufuhr hin zu der Seite des ersten Ventils 31, so wie sich das piezoelektrische Element 21a ausdehnt, wie in (d) gezeigt wird. Allerdings kontaktiert die Stange 28 das erste Ventil 31 und kann die Ventilöffnungsstellkraft nicht anwenden. Aus diesem Grund kann das erste Ventil 31 den Ventilöffnungsbetrieb zu der Startzeit der nächsten Stromzufuhr nicht starten.
Anschließend kontaktiert die Stange 28 das erste Ventil 31 und wendet die Ventilöffnungsstellkraft an, wenn der Spalt L im Ergebnis einer Bewegung des Kolbens 26 mit kleinem Durchmesser und der Stange 28 auf null reduziert wird, wie in (e) gezeigt wird. Das erste Ventil 31 startet als Reaktion darauf den Ventilöffnungsbetrieb. Das heißt, da der Spalt L ohne Wiederherstellung des öldichten Drucks zu der Stromzufuhr-Startzeit verbleibt, welche unmittelbar nach der kurzen Intervalldauer Tint ist, öffnet sich das erste Ventil 31 nicht unmittelbar. Im Ergebnis wird der Start der Ventilöffnung der Nadel 40 verzögert und die Verzögerungsdauer von der Stromzufuhr-Startzeit bis zu der Einspritz-Startzeit wird länger als erwartet. Die Ist-Einspritzmenge wird kleiner als die Soll-Einspritzmenge.
Es wurde herausgefunden, dass ohne eine Wiederherstellung des öldichten Drucks zu der Stromzufuhr-Startzeit der Spalt L dazu neigt vorzuliegen und die Ventilöffnungs-Reaktionsverzögerung der Nadel 40 stärker zunimmt als erwartet, so wie die Intervalldauer Tint kürzer wird. Es wurde ebenfalls herausgefunden, dass der Spalt L, der unmittelbar nach der Stromzufuhr-Endzeit erzeugt wird, zunimmt, wie in 6 gezeigt wird, so wie das vorhergehende Endzeit-Volumen Va, welches das Volumen eines Kraftstoffs in der öldichten Kammer 24a zu der vorhergehenden Stromzufuhr-Endzeit ist, kleiner ist. Die Einspritzstart-Verzögerungszeit nimmt zu, so wie der Spalt L zunimmt, wie in 7 gezeigt wird. Ferner nimmt das vorliegende Startzeit-Volumen Vb ab, welches das Volumen des Kraftstoffs in der öldichten Kammer 24a zu der vorliegenden Stromzufuhr-Startzeit ist, so wie das Endzeit-Volumen Va abnimmt.
Auf Grundlage der vorstehend beschriebenen Erkenntnisse wird angenommen, dass der Spalt L größer ist, so wie das vorliegende Startzeit-Volumen kleiner ist und eine Energiezufuhrgeschwindigkeit ΔE für das piezoelektrische Element 21a durch die vorliegende Stromzufuhr erhöht wird. Im Ergebnis wird die Ventilöffnung-Reaktionsverzögerung reduziert, da die Ausdehnungsgeschwindigkeit des piezoelektrischen Elements 21a und die Bewegungsgeschwindigkeit der Stange 28 zunehmen, so wie der Spalt L zu der Stromzufuhr-Startzeit zunimmt. Da das Startzeit-Volumen der öldichten Kammer 24a so wie die Anzahl an Einspritzungen bei jeder mehrstufigen Einspritzung abnimmt, wird die Energiezufuhrgeschwindigkeit ΔE erhöht, so wie die Anzahl an Einspritzungen bei jeder mehrstufigen Einspritzung zunimmt. Ein Beispiel einer Erhöhung der Energiezufuhrgeschwindigkeit ΔE mit einer Verringerung der vorliegenden Startzeit-Spannung wird untenstehend unter Bezugnahme auf 8 beschrieben werden.
In 8 zeigt (a) eine Zeitveränderung der Antriebsenergie, die dem piezoelektrischen Element 21a zugeführt wird. Da die Antriebsenergie proportional zu der piezoelektrischen Spannung ist, wie vorstehend beschrieben wird, zeigt (a) ebenfalls eine Zeitveränderung der piezoelektrischen Spannung. (B) zeigt eine Verschiebung des piezoelektrischen Elements 21a (piezoelektrische Verschiebung), das heißt, eine Zeitveränderung der piezoelektrischen Verschiebung. Die Seite der Ausdehnung wird mit einer negativen Polarität bezüglich dem Aus-Zustand der Stromzufuhr als eine Referenz angegeben. (C) zeigt eine Zeitveränderung eines Volumens der öldichten Kammer 24a (öldichtes Volumen). (D) zeigt eine Zeitveränderung des Drucks des Kraftstoffs in der öldichten Kammer 24a (öldichter Druck).
In 8 zeigen durchgehende Linien verschiedene Veränderungen im Fall einer Ausführung einer Steuerung, welche die Energiezufuhrgeschwindigkeit ΔE erhöht, so wie das Startzeit-Volumen Vb abnimmt, gemäß der ersten Ausführung, und gestrichelte Linien zeigen verschiedene Veränderungen im Fall einer Ausführung einer Steuerung, welche bei dem Vergleichsbeispiel der ersten Ausführung hergestellt wird. Bei dem Vergleichsbeispiel, das durch die gestrichelten Linien gezeigt wird, wird die Energiezufuhrgeschwindigkeit ΔE bei jeder Einspritzstufe ungeachtet des Startzeit-Volumens Vb gleich hergestellt werden.
Bei der ersten Ausführungsform wird, wie vorstehend unter Bezugnahme auf 3 beschrieben wird, die Ladesteuerung beendet und zu dem Zeitpunkt, wenn die piezoelektrische Spannung die Soll-Spannung Vtrg erreicht, das heißt, wenn die Antriebsenergiezufuhrmenge die Soll-Energie Etrg erreicht, zu der Haltesteuerung umgeschaltet. Indem die Ladedauer Tc auf die vorgegebene Dauer eingestellt wird und die Soll-Energie Etrg variabel eingestellt wird, wird die Energiezufuhrgeschwindigkeitsdauer ΔE variabel eingestellt. Daher wird die Energiezufuhrgeschwindigkeit ΔE erhöht, indem die Soll-Energie Etrg erhöht wird bzw. zunimmt, so wie das Startzeit-Volumen Vb abnimmt. Aus diesem Grund wird die Energiezufuhrmenge erhöht, so wie das Startzeit-Volumen Vb abnimmt.
8 zeigt einen Fall, bei welchem die mehrstufige Einspritzung beispielhaft derart gezeigt wird, dass diese eine dreistufige Einspritzung ist. So wie die Anzahl an Einspritzungen bei einer mehrstufigen Einspritzung zunimmt, das heißt, die Einspritzstufe später wird, nimmt das öldichte Volumen ab und der öldichte Druck nimmt ab. Wie in (c) und (d) gezeigt wird, nehmen das öldichte Volumen und der öldichte Druck in der Haltedauer Th allmählich ab, weil der Kraftstoff aus der öldichten Kammer 24a ausströmt. Andererseits nehmen das öldichte Volumen und der öldichte Druck in der Intervalldauer Tint allmählich zu (Wiederherstellung), weil der Kraftstoff in die öldichte Kammer 24a strömt.
Wenn der öldichte Druck in der Haltedauer Th nicht ausreichend hoch ist, wird die Kraft zum Drücken des zweiten Ventils 32 zu der zweiten Sitzoberfläche 14b (zweite Ventildrückkraft) unzureichend und das zweite Ventil 32 öffnet sich unerwartet. Aus diesem Grund ist es erforderlich, die zweite Ventildrückkraft zu erhöhen, indem der öldichte Druck erhöht wird bzw. zunimmt, so wie der Kraftstoffzufuhrdruck (Raildruck) zunimmt. Ferner ist es erforderlich, die Ausdehnungsmenge zu erhöhen, indem die piezoelektrische Spannung (Antriebsenergie) erhöht wird bzw. zunimmt, und die Verringerung der zweiten Ventildrückkraft zu unterbinden, da das öldichte Volumen abnimmt, so wie der Kraftstoff später bei der mehrstufigen Einspritzung eingespritzt wird. Aus diesem Grund wird bei einem Vergleichsbeispiel die piezoelektrische Spannung, welche bei der letztstufigen Einspritzung bei einer mehrstufigen Einspritzung erforderlich ist, berechnet und alle Einspritzstufen der mehrstufigen Einspritzung werden durch eine derartige berechnete piezoelektrische Spannung gesteuert.
Bei der ersten Ausführungsform wird allerdings die Energiezufuhrmenge erhöht, so wie die Energiezufuhrgeschwindigkeit ΔE mit einer Verringerung hinsichtlich des Startzeit-Volumens Vb erhöht wird. Im Ergebnis wird die Energiezufuhrmenge verringert, so wie der Kraftstoff bei einer früheren Stufe bei der mehrstufigen Einspritzung eingespritzt wird. Allerdings nimmt die erforderliche zweite Ventildrückkraft ab, so wie der Kraftstoff bei einer früheren Stufe bei der mehrstufigen Einspritzung eingespritzt wird. Im Ergebnis ist es gemäß der ersten Ausführungsform möglich, eine Unzulänglichkeit der zweiten Ventildrückkraft bei früheren Einspritzstufen der mehrstufigen Einspritzung zu vermeiden.
Ein Berechnungsverfahren des vorliegenden Startzeit-Volumens zum Erhöhen der Energiezufuhrgeschwindigkeit ΔE durch Erhöhen der Antriebsenergie mit einer Verringerung des vorliegenden Startzeit-Volumens (Startzeit-Volumen Vb) wird unter Bezugnahme auf 9 beschrieben werden. In 9 geben die Blöcke B1 bis B12 Funktionen an, welche der Prozessor der Steuervorrichtung 100 durch Ausführung der vorgegebenen Programme verwirklicht. Diese Blöcke B1 bis B12 sind vorgesehen, um das Startzeit-Volumen Vb zu berechnen.
Der Block B1 erlangt die Einspritzdauer der vorhergehenden Einspritzung, das heißt, die vorstehend beschriebene Einspritzbefehlsdauer Tq. Der Block B2 erlangt die Antriebsenergie der vorhergehenden Einspritzung, das heißt, der vorstehend beschriebenen Soll-Energie Etrg. Diese Soll-Energie Etrg entspricht einer finalen Antriebsenergie Efin, die später beschrieben wird. Der Block B3 erlangt die Kraftstofftemperatur T, die zuletzt ausgehend von der vorliegenden Einspritzung oder der vorhergehenden Einspritzung erfasst worden ist. Die Kraftstofftemperatur T kann ein Erfassungswert sein, der direkt von einem Sensor ausgegeben wird, welcher die Kraftstofftemperatur erfasst, oder ein Wert sein, der ausgehend von einem Erfassungswert einer Maschinenkühlmitteltemperatur oder einer Umgebungstemperatur der Atmosphäre geschätzt wird.
Der Block B5 berechnet auf Grundlage der Einspritzbefehlsdauer Tq, der finalen Antriebsenergie Efin und der Kraftstofftemperatur T, die jeweils durch die Blöcke B1, B2 und B3 erlangt werden, die Ausströmmenge des Kraftstoffs, welcher während der Haltedauer Th bei der vorhergehenden Einspritzung aus der öldichten Kammer 24a strömt. Das heißt, dass die Haltedauer Th zunimmt und demzufolge die Ausströmmenge derart berechnet wird, dass diese mit einer Zunahme der Einspritzbefehlsdauer Tq zunimmt, so wie die Einspritzbefehlsdauer Tq zunimmt. So wie die Kraftstofftemperatur T zunimmt, neigt der Kraftstoff dazu, aufgrund einer niedrigeren Viskosität in einfacher Weise auszuströmen, und demzufolge wird die Ausströmmenge derart berechnet, dass diese mit einer Zunahme der Kraftstofftemperatur T zunimmt. So wie die finale Antriebsenergie Efin zunimmt, nimmt die Ausdehnungsmenge des piezoelektrischen Elements 21a zu, und unter der Annahme, dass der öldichte Druck in der Haltedauer Th zunimmt, wird die Ausströmmenge derart berechnet, dass diese zunimmt. Bei dem Beispiel von 9 berechnet der Block B4 den öldichten Druck auf Grundlage der finalen Antriebsenergie Efin und der Block B5 berechnet die Ausströmmenge unter Verwendung des berechneten öldichten Drucks.
Der Block B6 berechnet das Endzeit-Volumen Va der vorhergehenden Einspritzung (vorhergehendes Endzeit-Volumen), indem dieser die Ausströmmenge, die durch den Block B5 berechnet wird, von dem Startzeit-Volumen Vb der vorhergehenden Einspritzung (vorhergehendes Startzeit-Volumen) subtrahiert. Das heißt, der Block B6 berechnet das vorhergehende Endzeit-Volumen Va auf Grundlage des Startzeit-Volumens Vb (vorhergehendes Startzeit-Volumen), das zu der vorhergehenden Einspritzzeit durch den Block B6 berechnet wird, der vorhergehenden Einspritzbefehlsdauer Tq, die durch den Block B1 erlangt wird, der finalen Antriebsenergie Efin, die durch den Block B2 erlangt wird, und der Kraftstofftemperatur T, die durch den Block B3 erlangt wird. Für die erststufige Einspritzung bei der mehrstufigen Einspritzung wird ein vorgegebener anfänglicher Wert als das vorhergehende Startzeit-Volumen verwendet, das bei der Berechnung durch den Block B6 verwendet wird.
Block B7a erlangt die Intervalldauer von der vorhergehenden Einspritzung bis zu der vorliegenden Einspritzung, das heißt die letzte Intervalldauer Tint. Der Block B9 berechnet auf Grundlage des vorhergehenden Endzeit-Volumens Va, das durch den Block B6 berechnet wird, die Kraftstofftemperatur T, die durch den Block B3 erlangt wird, und des Raildrucks, der durch den Block B7 erlangt wird, die Menge des Kraftstoffs, welcher während der Haltedauer Th bei der vorhergehenden Einspritzung aus der öldichten Kammer 24a strömt. Das heißt, dass die Dauer einer Kraftstoffströmung in die öldichte Kammer 24a zunimmt und die Einströmmenge demzufolge derart berechnet wird, dass diese mit einer Zunahme hinsichtlich der Intervalldauer Tint zunimmt, so wie die Intervalldauer Tint zunimmt. So wie die Kraftstofftemperatur T zunimmt, neigt der Kraftstoff dazu, aufgrund einer niedrigeren Viskosität in einfacher Weise einzuströmen, und demzufolge wird die Einströmmenge derart berechnet, dass diese mit einer Zunahme der Kraftstofftemperatur T zunimmt. So wie das vorhergehende Endzeit-Volumen abnimmt, wird die Einströmmenge unter der Annahme, dass der öldichte Druck unmittelbar nach dem Abschalten der Stromzufuhr abnimmt, derart berechnet, dass diese zunimmt. Bei dem Beispiel von 9 berechnet der Block B8 den öldichten Druck auf Grundlage des vorhergehenden Endzeit-Volumens und der Block B9 berechnet die Einströmmenge unter Verwendung des berechneten öldichten Drucks.
Der Block B10 berechnet das Startzeit-Volumen Vb der vorliegenden Einspritzung (vorliegendes Startzeit-Volumen), indem dieser die Einströmmenge, die durch den Block B9 berechnet wird, zu dem vorhergehenden Endzeit-Volumen Va hinzufügt bzw. addiert, das durch den Block B6 berechnet wird. Das heißt, der Block B10 berechnet das vorliegende Startzeit-Volumen auf Grundlage des vorhergehenden Endzeit-Volumens Va (vorhergehendes Endzeit-Volumen), das durch den Block B6, die Kraftstofftemperatur T, die durch den Block B3 erlangt wird, und die Intervalldauer Tint, die durch den Block B7 erlangt wird, berechnet wird. Für die erststufige Einspritzung bei der mehrstufigen Einspritzung wird ein vorgegebener anfänglicher Wert als das vorhergehende Endzeit-Volumen verwendet, das bei der Berechnung durch den Block B10 verwendet wird.
Der Block B11 erlangt einen Einspritzdruck P der vorliegenden Einspritzung, das heißt, den Raildruck, der zuletzt ausgehend von der vorliegenden Einspritzung erfasst worden ist. Der Block B12 berechnet eine Antriebsenergie-Korrekturmenge Ecorr, welche später unter Bezugnahme auf 10 (Schritt S12) auf Grundlage des vorliegenden Startzeit-Volumens detailliert beschrieben werden wird. Das heißt, so wie das vorliegende Startzeit-Volumen abnimmt, wird die Antriebsenergie-Korrekturmenge Ecorr derart berechnet, dass diese zunimmt, um dadurch die Ventilöffnungs-Reaktionsverzögerung zu reduzieren, die durch den Spalt L verursacht wird. Ferner wird die Antriebsenergie-Korrekturmenge Ecorr derart berechnet, dass diese zunimmt, so wie der Einspritzdruck P zunimmt, um dadurch die Ventilöffnungs-Reaktionsverzögerung zu reduzieren. Das heißt, der Block B12 berechnet die Antriebsenergie-Korrekturmenge Ecorr auf Grundlage des vorliegenden Startzeit-Volumens Vb (vorliegendes Startzeit-Volumen), das durch den Block B10 berechnet wird, und des Einspritzdrucks P, der durch den Block B11 erlangt wird.
Zum Berechnen des vorliegenden Startzeit-Volumens und der Antriebsenergie-Korrekturmenge Ecorr, wie in der Blockform in 9 gezeigt wird, führt der Prozessor der Steuervorrichtung 100 eine Verarbeitung aus, die in 10 (Schritte S1 bis S14) gezeigt wird, wie untenstehend beschrieben wird. Eine Verarbeitungsreihe, die in 10 gezeigt wird, wird zu einer vorgegebenem Dauer wie beispielsweise einer Berechnungsdauer des Prozessors oder einer Dreh- bzw. Rotationsdauer einer Ausgangswelle der Maschine 2 während des Betriebs der Maschine 2 wiederholt ausgeführt.
Unter Bezugnahme auf 10 wird bei Schritt S1 geprüft, ob die mehrstufige Einspritzung (Mehrzahl von Einspritzungen) abgeschlossen worden ist. Es wird zum Beispiel bestimmt, dass die mehrstufige Einspritzung abgeschlossen worden ist, wenn die letztstufige Einspritzung der mehrstufigen Einspritzung beendet worden ist und der nächste mehrstufige Einspritzbefehl noch nicht ausgegeben worden ist. Im Fall einer Bestimmung, dass die mehrstufige Einspritzung abgeschlossen worden ist, wird die Verarbeitung von 10 ohne Ausführung der Verarbeitung von nachfolgenden Schritten S2 bis S14 beendet. Im Fall einer Bestimmung, dass die mehrstufige Einspritzung noch nicht abgeschlossen worden ist, wird der Einspritzdruck P bei Schritt S2 erlangt, wie in Bezug auf den Block B11 beschrieben wird, wenn der Einspritzbefehl, der in (a) von 3 gezeigt wird, ausgegeben worden ist, aber die Einspritzung, die einem derartigen ausgegebenen Einspritzbefehl entspricht, noch nicht durchgeführt worden ist.
Beim nächsten Schritt S3 wird eine Basis-Antriebsenergie Ebas auf Grundlage des Einspritzdrucks P berechnet, der bei Schritt S2 erlangt wird. Zum Beispiel wird ein Wert der Basis-Antriebsenergie Ebas, welche dem erlangten Einspritzdruck P entspricht, aus einem Speicher abgerufen, in welchem eine Basis-Antriebsenergie Ebas in Übereinstimmung mit einem Einspritzdruck P in einer Form einer Daten-Speicherabbildung M1 oder dergleichen vorgespeichert wird. Da die zweite Ventildrückkraft erhöht werden muss, so wie der Einspritzdruck P zunimmt, wie vorstehend beschrieben wird, wird die Basis-Antriebsenergie Ebas derart berechnet, dass diese einen größeren Wert beträgt, so wie der Einspritzdruck P höher ist.
Beim nächsten Schritt S5 wird geprüft, ob die Einspritzung, welche noch nicht in Bezug auf den Einspritzbefehl durchgeführt worden ist, die erststufige Einspritzung, das heißt die erste Einspritzung der mehrstufigen Einspritzung ist. Im Fall einer Bestimmung, dass diese die erststufige Einspritzung ist, wird die Antriebsenergie-Korrekturmenge Ecorr bei Schritt S6 auf null eingestellt. Im Fall einer Bestimmung, dass die Einspritzung nicht die erststufige Einspritzung ist, wird die Kraftstofftemperatur T bei Schritt S7 erlangt, wie in Bezug auf den Block B3 beschrieben wird. Beim nächsten Schritt S8 wird die Stromzufuhrdauer der vorhergehenden Einspritzung, das heißt die Einspritzbefehlsdauer Tq erlangt, wie in Bezug auf den Block B1 beschrieben.
Beim nächsten Schritt S9 wird das Endzeit-Volumen Va der vorhergehenden Einspritzung (vorhergehendes Endzeit-Volumen), wie vorstehend in Bezug auf den Block B6 beschrieben wird, auf Grundlage des vorhergehenden Startzeit-Volumens, der Einspritzbefehlsdauer Tq, der Kraftstofftemperatur T und der finalen Antriebsenergie Efin berechnet. Das vorhergehende Startzeit-Volumen, das bei der Berechnung bei Schritt S9 verwendet wird, ist das Startzeit-Volumen Vb, welches bei dem vorhergehenden Berechnungszyklus bei Schritt S11 berechnet worden ist. Die Einspritzbefehlsdauer Tq und die Kraftstofftemperatur T, welche bei der Berechnung bei Schritt S9 verwendet werden, sind Werte, die jeweils bei den Schritten S7 und S8 erlangt werden. Die finale Antriebsenergie Efin, die bei der Berechnung bei Schritt S9 verwendet wird, ist die finale Antriebsenergie Efin, die bei dem vorhergehenden Berechnungszyklus bei Schritt S13 berechnet wird.
Zum Beispiel wird bei Schritt S9 das vorhergehende Endzeit-Volumen Va berechnet, indem Variablen, welche das vorhergehende Startzeit-Volumen, die Einspritzbefehlsdauer Tq, die Kraftstofftemperatur T und die finale Antriebsenergie Efin sind, durch eine Funktion F1 ersetzt werden, welche als eine Funktion derartiger Variablen in dem Speicher vorgespeichert ist. Der Prozessor, der Schritt S9 ausführt, wird als ein vorhergehendes Endzeit-Schätzteil betrieben, welches das vorhergehende Endzeit-Volumen berechnet (schätzt), welches ein Kraftstoffvolumen in der öldichten Kammer 24a zu der vorhergehenden Stromzufuhr-Endzeit angibt.
Beim nächsten Schritt S10 wird die Intervalldauer Tint erlangt, welche von der vorhergehenden Einspritzung bis zu der vorliegenden Einspritzung andauert, wie in Bezug auf den Block B7 beschrieben wird. Beim nächsten Schritt S11 wird das Startzeit-Volumen Vb der vorliegenden Einspritzung (vorliegendes Startzeit-Volumen), wie in Bezug auf den Block B10 beschrieben wird, auf Grundlage des vorhergehenden Endzeit-Volumens, der Kraftstofftemperatur T und der Intervalldauer Tint berechnet. Das vorhergehende Endzeit-Volumen, das bei der Berechnung bei Schritt S11 verwendet wird, ist das Endzeit-Volumen Va, das bei Schritt S9 berechnet wird. Die Intervalldauer Tint und die Kraftstofftemperatur T, die bei der Berechnung bei Schritt S11 verwendet werden, werden jeweils bei den Schritten S10 und S7 erlangt.
Zum Beispiel wird bei Schritt S11 das vorhergehende Startzeit-Volumen Vb berechnet, indem Variablen, welche das vorhergehende Endzeit-Volumen, die Kraftstofftemperatur T und die Intervalldauer Tint sind, durch eine Funktion F2 ersetzt werden, welche als eine Funktion derartiger Variablen in dem Speicher vorgespeichert ist. Der Prozessor, der Schritt S11 ausführt, wird als ein vorliegendes Startzeit-Schätzteil betrieben, welches das vorliegende Startzeit-Volumen Vb schätzt, das ein Kraftstoffvolumen in der öldichten Kammer 24a zu der vorliegenden Stromzufuhr-Startzeit zum Starten der vorliegenden Stromzufuhr an das piezoelektrische Element 21a angibt.
Beim nächsten Schritt S12 wird in Bezug auf den Block B12 die Antriebsenergie-Korrekturmenge Ecorr auf Grundlage des vorliegenden Startzeit-Volumens und des Einspritzdrucks P berechnet. Das vorliegende Startzeit-Volumen, das bei der Berechnung bei Schritt S12 verwendet wird, ist das Startzeit-Volumen Vb, das bei Schritt S11 berechnet wird. Der Einspritzdruck P, der bei der Berechnung bei Schritt S12 verwendet wird, wird bei Schritt S2 erlangt. Zum Beispiel wird bei Schritt S12 die Energiekorrekturmenge Ecorr berechnet, indem Variablen, welche das vorliegende Startzeit-Volumen und der Raildruck sind, durch eine Funktion F3 ersetzt werden, welche als eine Funktion derartiger Variablen in dem Speicher vorgespeichert werden.
Beim nächsten Schritt S13 wird die finale Antriebsenergie Efin berechnet, indem die Antriebsenergie-Korrekturmenge Ecorr zu der Basis-Antriebsenergie Ebas addiert wird. Die Basis-Antriebsenergie Ebas, die bei der Berechnung bei Schritt S13 verwendet wird, wird bei Schritt S3 berechnet. Die Antriebsenergie-Korrekturmenge Ecorr, die bei der Berechnung bei Schritt S13 verwendet wird, wird bei Schritt S6 oder Schritt S12 berechnet.
Bei dem folgenden Schritt S14 wird das Kraftstoffeinspritzventil 1 unter Verwendung der finalen Antriebsenergie Efin angetrieben, die bei Schritt S13 berechnet wird. Genauer gesagt werden die Ladesteuerung, die Haltesteuerung und die Entladesteuerung ausgeführt, indem die finale Antriebsenergie Efin, die bei Schritt S13 berechnet wird, als die Soll-Energie Etrg eingestellt wird, die in 8 gezeigt wird. Da die Ladedauer Tc auf die vorgegebene Dauer festgelegt ist, wie vorstehend beschrieben wird, wird die Energiezufuhrgeschwindigkeit ΔE erhöht, so wie die finale Antriebsenergie Efin zunimmt. Der Prozessor, der die Schritte S12, S13 und S14 ausführt, wird als ein Energiezufuhrgeschwindigkeits-Steuerungsteil betrieben, welches die Energiezufuhrgeschwindigkeit ΔE für das piezoelektrische Element 21a bei der vorliegenden Stromzufuhr erhöht, so wie das vorliegende Startzeit-Volumen abnimmt, das bei Schritt S11 berechnet (geschätzt) wird.
Die erste Ausführungsform, die wie vorstehend beschrieben konfiguriert ist, wird den folgenden Vorteil vorsehen.
Die Steuervorrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform beinhaltet das vorliegende Startzeit-Schätzteil, welches Schritt S11 entspricht, und das Energiezufuhrgeschwindigkeits-Steuerungsteil, welches den Schritten S12, S13 und S14 entspricht. Das vorliegende Startzeit-Schätzteil schätzt das Kraftstoffvolumen in der öldichten Kammer 24a (vorliegendes Startzeit-Volumen) zu dem Zeitpunkt eines Startens der Stromzufuhr an das piezoelektrische Element 21a zu einer vorliegenden Zeit. Das Energiezufuhrgeschwindigkeits-Steuerungsteil erhöht die Energiezufuhrgeschwindigkeit ΔE einer elektrischen Energie an das piezoelektrische Element 21a der vorliegenden Zeit, so wie das vorliegende Startzeit-Volumen abnimmt, das durch das vorliegende Startzeit-Schätzteil geschätzt wird. Da der Spalt L zu der Startzeit einer Stromzufuhr dazu neigt, zuzunehmen, so wie das vorliegende Startzeit-Volumen abnimmt, wird die Ausdehnungsgeschwindigkeit des piezoelektrischen Elements 21a erhöht, indem die Energiezufuhrgeschwindigkeit ΔE mit einer Zunahme des Spalts L bei der ersten Ausführungsform erhöht wird. Im Ergebnis ist es möglich, die Ventilöffnungs-Reaktionsverzögerung, die durch die Gegenwart des Spalts L verursacht wird, zu unterbinden, da die Bewegungsgeschwindigkeit der Stange 28 erhöht wird, so wie bei der ersten Ausführungsform der Spalt L zunimmt.
Das vorliegende Startzeit-Volumen wird verringert, so wie das vorhergehende Endzeit-Volumen abnimmt. Aus diesem Grund beinhaltet die Steuervorrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform das vorhergehende Endzeit-Schätzteil, welches dem Schritt S9 entspricht und das vorhergehende Endzeit-Volumen schätzt, welches das Kraftstoffvolumen in der öldichten Kammer 24a zu der vorhergehenden Stromzufuhr-Endzeit angibt. Das vorliegende Startzeit-Teil, das Schritt S11 entspricht, schätzt das vorliegende Startzeit-Volumen auf einen kleineren Wert, so wie das vorhergehende Endzeit-Volumen, das durch das vorhergehende Endzeit-Schätzteil geschätzt wird, kleiner ist. Es ist somit möglich, das vorliegende Startzeit-Volumen mit hoher Genauigkeit zu schätzen und einen Überschuss oder Unterschuss der Energiezufuhrgeschwindigkeit ΔE, die durch das Energiezufuhrgeschwindigkeits-Steuerungsteil gesteuert wird, zu unterbinden.
Die Wiederherstellungsdauer des öldichten Drucks, welche unmittelbar nach dem Abschluss einer Einspritzung abfiel, wird verkürzt und das vorliegende Startzeit-Volumen wird verringert, so wie die Intervalldauer Tint abnimmt. Aus diesem Grund schätzt das vorliegende Startzeit-Schätzteil, das Schritt S11 entspricht, bei der Steuervorrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform das vorliegende Startzeit-Volumen derart, dass dieses einen kleineren Wert beträgt, so wie die Intervalldauer Tint von der vorhergehenden Stromzufuhr-Endzeit zu der vorliegenden Stromzufuhr-Startzeit kürzer ist. Es ist somit möglich, das vorliegende Startzeit-Volumen mit hoher Genauigkeit zu schätzen und demzufolge einen Überschuss oder Unterschuss der Energiezufuhrgeschwindigkeit ΔE, die durch das Energiezufuhrgeschwindigkeits-Steuerungsteil gesteuert wird, zu unterbinden.
Wie vorstehend beschrieben nimmt das Startzeit-Volumen Vb ab, so wie die Kraftstoffeinspritzung als eine späterstufige Einspritzung bei der mehrstufigen Einspritzung erhalten wird. Das heißt, dass nicht nur das vorhergehende Stromzufuhr-Endzeit-Volumen das vorliegende Startzeit-Volumen beeinflusst, sondern auch das vorhergehende Startzeit-Volumen das vorliegende Startzeit-Volumen beeinflusst. Aus diesem Grund schätzt das vorliegende Startzeit-Schätzteil, das Schritt S11 entspricht, bei der Steuervorrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform das vorliegende Startzeit-Volumen derart, dass dieses einen kleineren Wert beträgt, so wie das Kraftstoffvolumen in der öldichten Kammer 24a (vorhergehendes Startzeit-Volumen) zu der Startzeit der vorhergehenden Stromzufuhr kleiner ist. Genauer gesagt wird das vorhergehende Endzeit-Volumen Va derart berechnet, dass dieses einen kleineren Wert beträgt, so wie das vorhergehende Startzeit-Volumen Vb kleiner ist (Schritt S9), und das vorliegende Startzeit-Volumen Vb wird derart berechnet, dass dieses einen kleineren Wert beträgt, so wie das vorhergehende Endzeit-Volumen kleiner ist (Schritt S11). Es ist somit möglich, das vorliegende Startzeit-Volumen mit hoher Genauigkeit zu schätzen und demzufolge einen Überschuss oder Unterschuss der Energiezufuhrgeschwindigkeit ΔE, die durch das Energiezufuhrgeschwindigkeits-Steuerungsteil gesteuert wird, zu unterbinden.
Zweite Ausführungsform
Bei einer zweiten Ausführungsform wird die Verarbeitung, die in 10 gezeigt wird, der ersten Ausführungsform zu der Verarbeitung, die in 11 gezeigt wird, verändert. Genauer gesagt wird ein Schritt S3 von 10 zu Schritt S3A verändert und Schritt S13 von 10 wird zu den Schritten S15, S 16, S 17, S18 und S 19 verändert.
Beim Schritt S3A wird, ähnlich wie bei Schritt S3, die Basis-Antriebsenergie Ebas auf Grundlage des Einspritzdrucks P berechnet, der bei Schritt S2 erlangt wird. Allerdings unterscheidet sich eine Daten-Speicherabbildung M2, die bei Schritt 3A verwendet wird, von der Daten-Speicherabbildung M1, die bei Schritt S3 verwendet wird. Wie durch eine durchgehende Linie in der Daten-Speicherabbildung M2, die in 11 gezeigt wird, angegeben ist, sind Werte der Basis-Antriebsenergie Ebas bezüglich des Einspritzdrucks P derart eingestellt, dass diese kleiner sind als diejenigen, die in der Daten-Speicherabbildung M1 durch eine gestrichelte Linie angegeben sind.
Bei Schritt S15 wird die Einspritzbefehlsdauer Tq der vorliegenden Einspritzung, das heißt, die Stromzufuhrdauer, die der Soll-Einspritzmenge der vorliegenden Einspritzung entspricht, erlangt. Bei Schritt S16 wird eine korrigierte Antriebsenergie Eaf berechnet, indem die Antriebsenergie-Korrekturmenge Ecorr zu der Basis-Antriebsenergie Ebas addiert wird. Die Basis-Antriebsenergie Ebas, die bei der Berechnung bei Schritt S16 verwendet wird, wird bei Schritt S3A berechnet. Die Antriebsenergie-Korrekturmenge Ecorr, die bei Schritt S 16 verwendet wird, wird bei Schritt S6 oder Schritt S12 berechnet.
Beim nächsten Schritt S17 wird unter Verwendung einer Funktion F1 ähnlich wie bei Schritt S9 das Endzeit-Volumen Va der vorliegenden Einspritzung (vorliegendes Endzeit-Volumen) auf Grundlage des vorliegenden Startzeit-Volumens Vb, der vorliegenden Einspritzbefehlsdauer Tq, der Kraftstofftemperatur T und der korrigierten Antriebsenergie Eaf berechnet. Das vorliegende Startzeit-Volumen, das bei der Berechnung bei Schritt S17 verwendet wird, ist das Startzeit-Volumen Vb, das bei Schritt S11 berechnet wird. Die Einspritzbefehlsdauer Tq und die Kraftstofftemperatur T, die bei der Berechnung bei Schritt S17 verwendet werden, werden j eweils bei den Schritten S7 und S15 erlangt. Die korrigierte Antriebsenergie Eaf, die bei der Berechnung bei Schritt S17 verwendet wird, wird bei Schritt S16 berechnet.
Indem zum Beispiel die Funktion F1, die durch das vorliegende Startzeit-Volumen, die Einspritzbefehlsdauer Tq, die Kraftstofftemperatur t und die korrigierte Antriebsenergie Eaf als Variablen definiert wird, in dem Speicher vorgespeichert wird, wird das vorliegende Endzeit-Volumen Va berechnet, indem diese Variablen durch die Funktion F1, die in dem Speicher gespeichert ist, ersetzt werden. Der Prozessor, der die Verarbeitung von Schritt S17 ausführt, wird als das vorliegende Endzeit-Schätzteil betrieben, welches das vorliegende Endzeit-Volumen schätzt, welches das Kraftstoffvolumen in der öldichten Kammer 24a zu der Stromzufuhr-Endzeit einer vorliegenden Zeit angibt.
Wie vorstehend beschrieben nehmen der öldichte Druck und das öldichte Volumen während der Haltedauer Th, die in 8 gezeigt wird, aufgrund einer Kraftstoffleckage ausgehend von der öldichten Kammer 24a ab. So wie eine Kraftstoffleckagemenge zunimmt, nimmt die Kraft zum Drücken des zweiten Ventils 32 zu der zweiten Sitzoberfläche 14b ab, und das zweite Ventil 32 neigt dazu, sich in der Haltedauer Th unerwartet zu öffnen. Es ist somit bevorzugt, die Ausdehnungsmenge des piezoelektrischen Elements 21a zu erhöhen, indem die Antriebsenergie erhöht wird bzw. zunimmt, so wie erwartet wird, dass die Kraftstoffleckagemenge zunimmt.
Aus diesem Grund wird bei Schritt S18 auf Grundlage des vorliegenden Endzeit-Volumens Va und des Einspritzdrucks P eine zweite Korrekturmenge Einj berechnet. Die zweite Korrekturmenge Einj ist die Antriebsenergie, die in Übereinstimmung mit der Kraftstoffleckage bei der Haltedauer Th erforderlich ist. Die zweite Korrekturmenge Einj wird derart berechnet, dass diese einen größeren Wert beträgt, so wie der Einspritzdruck P größer ist. Die zweite Korrekturmenge Einj ist derart eingestellt, dass diese einen umso größeren Wert beträgt, so wie das vorliegende Endzeit-Volumen kleiner ist. Das vorliegende Endzeit-Volumen, das bei der Berechnung bei Schritt S18 verwendet wird, ist das Endzeit-Volumen Va, das bei Schritt S 17 berechnet wird. Der Einspritzdruck P, der bei der Berechnung bei Schritt S 18 verwendet wird, wird bei Schritt S2 erlangt. Indem zum Beispiel eine Funktion F4, welche mit dem vorliegenden Endzeit-Volumen und dem Einspritzdruck P als Variablen definiert ist, in dem Speicher vorgespeichert wird, wird die zweite Korrekturmenge Einj berechnet, indem diese Variablen durch die Funktion F4 ersetzt werden, die in dem Speicher gespeichert ist.
Beim nächsten Schritt S19 wird die finale Antriebsenergie Efin berechnet, indem die zweite Korrekturmenge Einj zu der korrigierten Antriebsenergie Eaf addiert wird. Die korrigierte Antriebsenergie Eaf, die bei der Berechnung bei Schritt S19 verwendet wird, wird bei Schritt S 16 berechnet. Die zweite Korrekturmenge Einj, die bei der Berechnung bei Schritt S 19 verwendet wird, wird bei Schritt S 18 berechnet.
Somit kompensiert die zweite Korrekturmenge Einj die Basis-Antriebsenergie Ebas für die Menge, um welche die Basis-Antriebsenergie Ebas bei Schritt S3A verringert wird. Das heißt, dass bei der ersten Ausführungsform die Antriebsenergie (zweite Korrekturmenge Einj), die in Übereinstimmung mit der Kraftstoffleckage in der Haltedauer Th erforderlich ist, in Übereinstimmung mit dem Einspritzdruck P ungeachtet des vorliegenden Endzeit-Volumens eingestellt wird. Bei der zweiten Ausführungsform wird die Antriebsenergie, die in Übereinstimmung mit der Kraftstoffleckage in der Haltedauer Th erforderlich ist, allerdings in Übereinstimmung mit dem vorliegenden Endzeit-Volumen verändert.
Wie vorstehend beschrieben sieht die zweite Ausführungsform zusätzlich zu dem Vorteil der ersten Ausführungsform den folgenden Vorteil vor. Das heißt, dass es möglich ist, den Überschuss oder Unterschuss der finalen Antriebsenergie Efin zu reduzieren, während die Ventilöffnung-Reaktionsverzögerung unterbunden wird, die durch den Spalt L verursacht wird, da die Antriebsenergie, die in Übereinstimmung mit der Kraftstoffleckage in der Haltedauer Th erforderlich ist, in Übereinstimmung mit dem vorliegenden Endzeit-Volumen verändert wird.
Dritte Ausführungsform
Bei einer dritten Ausführungsform wird die Verarbeitung, die in 11 gezeigt wird, der zweiten Ausführungsform zu der Verarbeitung, die in 12 gezeigt wird, verändert. Genauer gesagt werden die Schritte S9, S11 und S 17 von 11 jeweils zu den Schritten S9A, S11A und S17A verändert und die Schritte S20, S21 und S22 werden zwischen den Schritten S7 und S8 von 11 vorgesehen.
Bei Schritt S20 in 12 wird die piezoelektrische Spannung Vp in der Haltedauer Th bei der vorhergehenden Einspritzung erlangt, wie in 13 gezeigt wird. Genauer gesagt ist bei der Steuervorrichtung 100 eine Schaltung zum Erfassen der piezoelektrischen Spannung Vp vorgesehen. Ein Spannungs-Erfassungswert zu der Zeit einer Veränderung von der Ladedauer Tc zu der Haltedauer Th oder einem Durchschnittswert einer Mehrzahl von Spannungserfassungswerten in der Haltedauer Th kann als die piezoelektrische Spannung Vp verwendet werden.
Beim nächsten Schritt S21 wird das Startzeit-Volumen Vb bei der vorhergehenden Einspritzung (vorhergehendes Startzeit-Volumen) auf Grundlage der Kraftstofftemperatur, die bei Schritt S7 erlangt wird, und der piezoelektrischen Spannung Vp, die bei Schritt S20 erlangt wird, berechnet. Indem zum Beispiel eine Funktion F5 in dem Speicher vorgespeichert wird, welche mit der Kraftstofftemperatur T und der piezoelektrischen Spannung Vp als Variablen vorgespeichert wird, wird das vorhergehende Startzeit-Volumen Vb berechnet, indem diese Variablen durch die Funktion F5, die in dem Speicher gespeichert ist, ersetzt werden. Da die piezoelektrische Spannung Vp und das Startzeit-Volumen Vb stark miteinander korrelieren, wird angenommen, dass das Startzeit-Volumen Vb, das bei Schritt S21 berechnet wird, äquivalent zu einem Ist-Startzeit-Volumen Vb ist. Bei Schritt S21 wird das vorhergehende Startzeit-Volumen derart berechnet, dass dieses einen kleineren Wert beträgt, so wie die piezoelektrische Spannung Vp größer ist. Ferner wird das vorhergehende Startzeit-Volumen derart berechnet, dass dieses einen kleineren Wert beträgt, so wie die Kraftstofftemperatur T höher ist.
Beim nächsten Schritt S22 wird ein Volumen-Korrekturkoeffizient Vcf auf Grundlage des Startzeit-Volumens Vb (Ist-Startzeit-Volumen), welches bei Schritt S21 berechnet wird, und des vorhergehenden Startzeit-Volumens Vb (geschätztes Startzeit-Volumen), das bei der vorherigen Verarbeitung von Schritt S11A berechnet wird, berechnet. Indem zum Beispiel eine Funktion F6, welche mit dem Ist-Startzeit-Volumen und dem geschätzten Startzeit-Volumen als Variablen definiert ist, in dem Speicher vorgespeichert wird, wird der Volumen-Korrekturkoeffizient Vcf berechnet, indem diese Variablen durch die Funktion F6 ersetzt werden, die in dem Speicher gespeichert ist. Bei Schritt S21 wird der Volumen-Korrekturkoeffizient Vcf derart berechnet, dass dieser einen größeren Wert beträgt, so wie ein Verhältnis zwischen dem Ist-Startzeit-Volumen und dem geschätzten Startzeit-Volumen größer ist oder eine Differenz zwischen dem Ist-Startzeit-Volumen und dem geschätzten Startzeit-Volumen größer ist.
Bei Schritt S9A wird das Endzeit-Volumen Va korrigiert, indem das Endzeit-Volumen Va, welches ähnlich wie bei Schritt S9 von 11 unter Verwendung der Funktion F1 berechnet wird, mit dem Volumen-Korrekturkoeffizienten Vcf, der bei Schritt S22 berechnet wird, multipliziert wird. Bei Schritt S11A wird das Startzeit-Volumen Vb korrigiert, indem das Startzeit-Volumen Vb, welches ähnlich wie bei Schritt S11 von 11 unter Verwendung der Funktion F2 berechnet wird, mit dem Volumen-Korrekturkoeffizienten Vcf, der bei Schritt S22 berechnet wird, multipliziert wird. Bei Schritt S17A wird das Endzeit-Volumen Va korrigiert, indem das Endzeit-Volumen Va, welches ähnlich wie bei Schritt S17 von 11 unter Verwendung der Funktion F1 berechnet wird, mit dem Volumen-Korrekturkoeffizienten Vcf, der bei Schritt S22 berechnet wird, multipliziert wird.
Die piezoelektrische Spannung Vp zu der Zeit einer Veränderung von der Ladedauer Tc zu der Haltedauer Th und das Startzeit-Volumen Vb korrelieren stark. Daher ist es möglich, das Ist-Startzeit-Volumen Vb mit hoher Genauigkeit zu bestimmen, indem die piezoelektrische Spannung Vp erfasst wird. Aus diesem Grund wird der Volumen-Korrekturkoeffizient Vcf bei der dritten Ausführungsform auf Grundlage eines Verhältnisses oder einer Differenz zwischen dem Startzeit-Volumen Vb, das bei der vorherigen Verarbeitung von Schritt S11A berechnet wird, und dem Ist-Startzeit-Volumen berechnet. Bei Berechnungen (Schätzungen) bei den nachfolgenden Schritten S9A, S11A und S17A wird der Volumen-Korrekturkoeffizient Vct zur Korrektur verwendet.
Wie vorstehend beschrieben sieht die dritte Ausführungsform zusätzlich zu dem Vorteil der zweiten Ausführungsform den folgenden Vorteil vor. Das heißt, das Ist-Startzeit-Volumen Vb wird bestimmt, indem die piezoelektrische Spannung Vp erfasst wird und das Startzeit-Volumen Vb sowie das Endzeit-Volumen Va unter Verwendung des vorgegebenen Ist-Startzeit-Volumens geschätzt werden. Aus diesem Grund wird das geschätzte Volumen, das durch die gestrichelte Linie in 13 angegeben ist, derart korrigiert, dass dieses sich an das tatsächliche bzw. Ist-Volumen annähert, das durch eine durchgehende Linie in 13 angegeben wird. Somit ist es möglich, den Überschuss oder Unterschuss der finalen Antriebsenergie Efin zu reduzieren, während die Ventilöffnung-Reaktionsverzögerung unterbunden wird, welche durch den Spalt L verursacht wird.
Vierte Ausführungsform
Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen wird die Energiezufuhrgeschwindigkeit ΔE in Übereinstimmung mit dem Startzeit-Volumen Vb eingestellt, indem die Ladedauer Tc auf die vorgegebene Dauer festgelegt wird und die finale Antriebsenergie Efin in Übereinstimmung mit dem Startzeit-Volumen Vb variabel eingestellt wird. Bei einer vierten Ausführungsform wird die Energiezufuhrgeschwindigkeit ΔE in Übereinstimmung mit dem Startzeit-Volumen Vb eingestellt, indem die Basis-Antriebsenergie Ebas, welche auf Grundlage des Einspritzdrucks P eingestellt wird, derart eingestellt wird, dass diese die finale Antriebsenergie Efin ist, und indem die Ladedauer Tc in Übereinstimmung mit dem Startzeit-Volumen Vb variabel eingestellt wird.
Bei der vierten Ausführungsform wird die Verarbeitung der ersten Ausführungsform, die in 10 gezeigt wird, zu der Verarbeitung, die in 14 gezeigt wird, verändert. Genauer gesagt werden die Schritte S13 und S14 von 10 zu den Schritten S13A und S14A verändert, die Schritte S6 und S12 von 10 werden beseitigt und eine Verarbeitung von Schritt S23 wird zwischen den Schritten S13A und S 14A hinzugefügt.
Bei Schritt S13A in 14 wird die Basis-Antriebsenergie Ebas, die bei Schritt S3 berechnet wird, wie diese ist als die finale Antriebsenergie Efin berechnet. Beim nächsten Schritt S23 wird die Ladedauer Tc auf Grundlage des vorliegenden Startzeit-Volumens Vb, des Einspritzdrucks P und der finalen Antriebsenergie Efin berechnet. Das vorliegende Startzeit-Volumen, das bei der Berechnung bei Schritt S23 verwendet wird, ist das Startzeit-Volumen Vb, das zuvor bei Schritt S11 berechnet wird. Der Einspritzdruck P, der bei der Berechnung bei Schritt S23 verwendet wird, wird bei Schritt S2 berechnet. Die finale Antriebsenergie Efin, die bei der Berechnung bei Schritt S23 verwendet wird, wird bei Schritt S13A berechnet.
Indem zum Beispiel eine Funktion F7, welche mit dem vorliegenden Startzeit-Volumen Vb, dem Einspritzdruck P und der finalen Antriebsenergie Efin als Variablen definiert ist, in dem Speicher vorgespeichert wird, wird die Entladedauer Tc berechnet, indem diese Variablen durch die Funktion F7 ersetzt werden, die in dem Speicher gespeichert ist. Die Ladedauer Tc wird derart berechnet, dass diese einen kleineren Wert beträgt, so wie die vorliegende Startzeit kleiner ist. Die Ladedauer Tc wird derart berechnet, dass diese einen kleineren Wert beträgt, so wie der Einspritzdruck P größer ist.
Beim nächsten Schritt S14A wird das Kraftstoffeinspritzventil 1 unter Verwendung der finalen Antriebsenergie Efin, die bei Schritt S13A berechnet wird, und der Ladedauer Tc, die bei Schritt S23 berechnet wird, angetrieben. Genauer gesagt werden die Ladesteuerung, die Haltesteuerung und die Entladesteuerung durchgeführt, sodass die Soll-Energie Etrg in der Ladedauer geladen wird, die bei Schritt S23 berechnet wird, indem die finale Antriebsenergie Efin, die bei Schritt S13A berechnet wird, als die Soll-Energie Etrg eingestellt wird. Die Energiezufuhrgeschwindigkeit ΔE wird erhöht, so wie die Ladedauer Tc kleiner ist. Der Prozessor, der die Verarbeitung der Schritte S23 und S14A ausführt, wird als das Energiezufuhrgeschwindigkeits-Steuerungsteil betrieben, welches die Energiezufuhrgeschwindigkeit ΔE der vorliegenden Stromzufuhr an das piezoelektrische Element 21a erhöht.
Aus diesem Grund variiert die Energiezufuhrgeschwindigkeit ΔE, soweit der Einspritzdruck P konstant ist, während die Soll-Energie Etrg derart beibehalten wird, dass diese konstant ist, wie durch eine durchgehende Linie in 15 gezeigt wird. Ferner wird die Energiezufuhrgeschwindigkeit ΔE bei jeder Einspritzung erhöht, wie durch die durchgehende Linie in 15 angegeben wird, da das Startzeit-Volumen Vb abnimmt, so wie der Kraftstoff bei einer späterstufigen Einspritzung bei der mehrstufigen Einspritzung eingespritzt wird. Eine gestrichelte Linie in 15 zeigt ein Vergleichsbeispiel, bei welchem die Energiezufuhrgeschwindigkeit ΔE in Übereinstimmung mit dem Startzeit-Volumen Vb im Gegensatz zu der vierten Ausführungsform nicht durchgeführt wird. Die vierte Ausführungsform sieht ebenfalls den ähnlichen Vorteil vor wie die erste Ausführungsform.
Fünfte Ausführungsform
Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen wird die Ventilöffnungs-Reaktionsverzögerung, welche durch den Spalt L bewirkt wird, unterbunden, indem die Energiezufuhrgeschwindigkeit ΔE erhöht wird bzw. zunimmt, so wie das vorliegende Startzeit-Volumen kleiner ist. Bei der fünften Ausführungsform wird das Startzeit-Volumen Vb für eine nächste Einspritzung (nächstes Startzeit-Volumen) allerdings vorhergesagt und die finale Antriebsenergie Efin (Energiezufuhrmenge) der vorliegenden Einspritzung wird verringert, so wie das vorhergesagte nächste Startzeit-Volumen kleiner ist. Die Verringerung des nächsten Startzeit-Volumens wird unterbunden, indem die finale Antriebsenergie Efin verringert wird bzw. abnimmt, und der Spalt L, welcher unmittelbar nach der nächsten Einspritzung auftreten wird, wird somit unterbunden.
Im Ergebnis variiert selbst im Fall, dass der Einspritzdruck P konstant ist, die Soll-Energie Etrg, wie durch eine durchgehende Linie in 16 angegeben wird, und demzufolge muss die Energiezufuhrgeschwindigkeit ΔE nicht variieren. Eine gestrichelte Linie in 16 zeigt ein Vergleichsbeispiel, bei welchem die Soll-Energie Etrg, welche dem nächsten Startzeit-Volumen entspricht, im Gegensatz zu der fünften Ausführungsform nicht verändert werden muss.
Eine Verarbeitung zum Vorhersagen des nächsten Startzeit-Volumens wird unter Bezugnahme auf 17 detailliert beschrieben werden. In 17 geben die Blöcke B1a bis B12a Funktionen an, welche der Prozessor der Steuervorrichtung 100 durch Ausführung des vorgegebenen Programms verwirklicht. Diese Blöcke B1 bis B12 sind vorgesehen, um das nächste Startzeit-Volumen Vb zu berechnen und die vorliegende Antriebsenergie-Korrekturmenge Ecorr zu berechnen.
Der Block B1a erlangt die Einspritzdauer der vorliegenden Einspritzung, das heißt, die vorstehend beschriebene Einspritzbefehlsdauer Tq. Der Block B2a erlangt eine vorläufige Menge der finalen Antriebsenergie der vorliegenden Einspritzung, das heißt eine vorläufige Menge der vorstehend beschriebenen Soll-Energie Etrg. Zum Beispiel wird die vorläufige Menge der finalen Antriebsenergie Efin eingestellt, indem eine voreingestellte Korrekturmenge zu der Basis-Antriebsenergie Ebas addiert wird, welche mit dem Einspritzdruck P variiert. Der Block B3a erlangt die Kraftstofftemperatur T, die zuletzt ausgehend von der vorliegenden Einspritzung erfasst worden ist.
Der Block B5a sagt die vorläufige Menge der finalen Antriebsenergie Efin der vorliegenden Einspritzung und der Kraftstofftemperatur T, die jeweils durch die Blöcke B1a, B2 und B3a erlangt werden, vorher, indem dieser auf Grundlage der Einspritzbefehlsdauer Tq der vorliegenden Einspritzung die Ausströmmenge des Kraftstoffs, welcher während der Haltedauer Th bei der vorliegenden Einspritzung aus der öldichten Kammer 24a strömt, berechnet. Das heißt, dass die Haltedauer Th zunimmt und demzufolge die Ausströmmenge derart berechnet wird, dass diese mit einer Zunahme der Einspritzbefehlsdauer Tq zunimmt, so wie die Einspritzbefehlsdauer Tq zunimmt. So wie die Kraftstofftemperatur T zunimmt, neigt der Kraftstoff dazu, aufgrund einer niedrigeren Viskosität in einfacher Weise auszuströmen, und demzufolge wird die Ausströmmenge derart berechnet, dass diese mit einer Zunahme der Kraftstofftemperatur T zunimmt. So wie die vorläufige Menge der finalen Antriebsenergie Efin zunimmt, nimmt die Ausdehnungsmenge des Stapels 21 zu, und unter der Annahme, dass der öldichte Druck in der Haltedauer Th zunimmt, wird die Ausströmmenge derart berechnet, dass diese zunimmt.
Bei dem Beispiel von 17 berechnet der Block B4a den öldichten Druck auf Grundlage der vorläufigen Menge der finalen Antriebsenergie Efin und der Block B5a berechnet die Ausströmmenge unter Verwendung des berechneten öldichten Drucks.
Der Block B6a sagt das Endzeit-Volumen Va der vorliegenden Einspritzung (vorliegendes Endzeit-Volumen) durch eine Berechnung vorher, indem dieser die Ausströmmenge, die durch den Block B5a berechnet wird, von dem Startzeit-Volumen Vb der vorliegenden Einspritzung (vorliegendes Startzeit-Volumen) subtrahiert. Das heißt, der Block B6a sagt das vorliegende Endzeit-Volumen durch eine Berechnung auf Grundlage des Startzeit-Volumens Vb (vorliegendes Startzeit-Volumen), das durch den Block B6a zu der vorhergehenden Einspritzzeit berechnet wird, der Einspritzbefehlsdauer Tq, der vorläufigen Menge der finalen Antriebsenergie Efin und der Kraftstofftemperatur T vorher. Für die erststufige Einspritzung bei der mehrstufigen Einspritzung wird ein vorgegebener anfänglicher Wert als das vorliegende Startzeit-Volumen verwendet, das bei der Berechnung durch den Block B6a verwendet wird.
Der Block B7a erlangt die Intervalldauer Tint von der vorliegenden Einspritzung bis zu der nächsten Einspritzung. Der Block B9a berechnet auf Grundlage des vorliegenden Endzeit-Volumens Va, das durch den Block B6a berechnet wird, der Kraftstofftemperatur T, die durch den Block B3a erlangt wird, und des Raildrucks, der durch den Block B7a erlangt wird, die Menge des Kraftstoffs, welcher während der Haltedauer Th bei der vorliegenden Einspritzung aus der öldichten Kammer 24a strömt. Das heißt, dass die Dauer einer Kraftstoffströmung in die öldichte Kammer 24a zunimmt und die Einströmmenge demzufolge derart berechnet wird, dass diese mit einer Zunahme hinsichtlich der Intervalldauer Tint zunimmt, so wie die Intervalldauer Tint zunimmt. So wie die Kraftstofftemperatur T zunimmt, neigt der Kraftstoff dazu, aufgrund einer niedrigeren Viskosität in einfacher Weise einzuströmen, und demzufolge wird die Einströmmenge derart berechnet, dass diese mit einer Zunahme der Kraftstofftemperatur T zunimmt. So wie das vorliegende Endzeit-Volumen abnimmt, wird die Einströmmenge unter der Annahme, dass der öldichte Druck unmittelbar nach dem Abschalten der Stromzufuhr abnimmt, derart berechnet, dass diese zunimmt. Bei dem Beispiel von 17 berechnet der Block B8a den öldichten Druck auf Grundlage des vorliegenden Endzeit-Volumens und der Block B9a berechnet die Einströmmenge unter Verwendung des berechneten öldichten Drucks.
Der Block B10a berechnet das Startzeit-Volumen Vb der nächsten Einspritzung (nächstes Startzeit-Volumen), indem dieser die Einströmmenge, die durch den Block B9a vorhergesagt wird, zu dem vorliegenden Endzeit-Volumen Va addiert, das durch den Block B9a berechnet wird. Das heißt, der Block B10a sagt das nächste Startzeit-Volumen durch Berechnung auf Grundlage des vorliegenden Endzeit-Volumens Va (vorliegendes Endzeit-Volumen) vorher, das durch den Block B6a, die Kraftstofftemperatur T, die durch den Block B3a erlangt wird, und die Intervalldauer Tint, die durch den Block B7a erlangt wird, vorhergesagt wird. Für die erststufige Einspritzung bei der mehrstufigen Einspritzung wird ein vorgegebener anfänglicher Wert als das vorliegende Endzeit-Volumen verwendet, das bei der Berechnung durch den Block B10a verwendet wird.
Der Block B12a berechnet die Antriebsenergie-Korrekturmenge Ecorr der vorliegenden Einspritzung auf Grundlage des nächsten Startzeit-Volumens, das durch den Block B6a berechnet wird. Das heißt, so wie das nächste Startzeit-Volumen abnimmt, wird die Antriebsenergie-Korrekturmenge Ecorr der vorliegenden Einspritzung derart berechnet, dass diese abnimmt, um dadurch die Ventilöffnungs-Reaktionsverzögerung zu reduzieren, die durch den Spalt L bei der nächsten Kraftstoffeinspritzung verursacht wird.
Der Prozessor, welcher die Funktion des Blocks B10a ausführt, wird als ein nächstes Startzeit-Vorhersageteil betrieben, welches das nächste Startzeit-Volumen vor dem Starten der vorliegenden Stromzufuhr an das piezoelektrische Element 21a vorhersagt. Der Ausführungsprozess der Funktion des Blocks B12a wird als das Zufuhrmengen-Steuerungsteil betrieben, welches die finale Antriebsenergie Efin (Energiezufuhrmenge) verringert, die dem piezoelektrischen Element 21a durch die vorliegende Stromzufuhr zugeführt wird, so wie das nächste Startzeit-Volumen, das durch eine Berechnung durch das nächste Startzeit-Vorhersageteil vorhergesagt wird, abnimmt.
Wie vorstehend beschrieben wird, ist die Steuervorrichtung gemäß der fünften Ausführungsform mit dem nächsten Startzeit-Vorhersageteil (Block B10a) und dem Zufuhrmengen-Steuerungsteil (Block B12a) vorgesehen. Das nächste Startzeit-Vorhersageteil sagt das nächste Startzeit-Volumen vor dem Starten der Stromzufuhr der vorliegenden Zeit an das piezoelektrische Element 21a vorher. Das Zufuhrmengen-Steuerungsteil verringert die Menge der Energiezufuhren an das piezoelektrische Element 21a zu der vorliegenden Zeit so wie das nächste Startzeit-Volumen, das durch das nächste Startzeit-Vorhersageteil vorhergesagt wird. Der Spalt L, welcher sich unmittelbar nach dem Ende der Stromzufuhr der nächsten Einspritzung entwickelt, neigt dazu, zuzunehmen, so wie das nächste Startzeit-Volumen abnimmt. Aus diesem Grund wird gemäß der fünften Ausführungsform die Ausdehnungsmenge des piezoelektrischen Elements der vorliegenden Einspritzung verringert, um die Verringerung des nächsten Startzeit-Volumens zu unterbinden, so wie vorhergesagt wird, dass der Spalt L zunimmt. Da der Spalt L, welcher unmittelbar nach dem Ende der nächsten Einspritzung auftritt, im Voraus darin eingeschränkt wird, zuzunehmen, wenn vorhergesagt wird, dass der Spalt L zunimmt, ist es möglich, die Ventilöffnungs-Reaktionsverzögerung zu unterbinden, die durch den Spalt L verursacht wird.
So wie die Intervalldauer Tint abnimmt, nimmt die Dauer, die erforderlich ist, um den öldichten Druck, welcher unmittelbar nach dem Ende der vorliegenden Einspritzung abnimmt, wiederherzustellen, ebenfalls ab, wobei das nächste Startzeit-Volumen verringert wird. Bei der Steuervorrichtung gemäß der fünften Ausführungsform schätzt das nächste Startzeit-Vorhersageteil (Block B10a) daher das nächste Startzeit-Volumen derart, dass dieses einen kleineren Wert beträgt, so wie die Intervalldauer Tint von der vorliegenden Stromzufuhr-Endzeit zu der nächsten Stromzufuhr-Startzeit kleiner ist. Es ist somit möglich, das nächste Startzeit-Volumen mit hoher Genauigkeit zu schätzen und einen Überschuss oder Unterschuss der Energiezufuhrmenge der vorliegenden Einspritzung, welche durch das Zufuhrmengen-Steuerungsteil gesteuert wird, zu unterbinden.
Andere Ausführungsform
Die vorliegende Erfindung sollte nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt werden, sondern kann auf unterschiedliche Weisen umgesetzt werden, indem die Ausführungsformen zum Beispiel teilweise kombiniert werden oder die folgende Modifikation umgesetzt wird.
Bei den ersten bis vierten Ausführungsformen wird das vorliegende Startzeit-Volumen Vb, das verwendet wird, um die vorliegende Energiezufuhrgeschwindigkeit ΔE einzustellen, auf Grundlage des vorhergehenden Betriebszustands des Kraftstoffeinspritzventils 1 berechnet. Genauer gesagt werden das vorhergehende Startzeit-Volumen Vb, das vorhergehende Endzeit-Volumen Va und die Intervalldauer Tint, welche bei der mehrstufigen Einspritzung von der vorhergehenden Einspritzung bis zur vorliegenden Einspritzung andauert, als eine Mehrzahl von Variablen verwendet, welche den vorhergehenden Betriebszustand spezifizieren. Allerdings kann das vorliegende Startzeit-Volumen Vb berechnet werden, indem zumindest eine dieser Variablen beinhaltet ist. Ferner kann das vorliegende Startzeit-Volumen Vb berechnet werden, indem zusätzlich zu dem vorhergehenden Betriebszustand weiter vorhergehende Betriebszustände beinhaltet sind.
Bei der Entladesteuerung bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen wird der Stromzufuhrschalter zu dem Zeitpunkt abgeschaltet, wenn die Zunahmemenge einer Ladung des piezoelektrischen Elements 21a die vorgegebene Menge erreicht. Alternativ kann der Stromzufuhrschalter zu einem Zeitpunkt, wenn eine Erhöhungsmenge der piezoelektrischen Spannung eine vorgegebene Menge erreicht oder wenn eine Erhöhungsmenge des piezoelektrischen Stroms eine vorgegebene Menge erreicht, abgeschaltet werden. Ferner kann der Stromzufuhrschalter alternativ zu einem Zeitpunkt abgeschaltet werden, wenn nach dem Anschalten des Stromzufuhrschalters eine vorgegebene Dauer verstreicht.

Claims

Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung für ein Kraftstoffeinspritzventil (1), welches beinhaltet: einen Ventilkörper (40) zum Öffnen und Schließen eines Einspritzlochs (11) für eine Kraftstoffeinspritzung; eine Steuerkammer (14, 15), in welche und aus welcher Kraftstoff zum Anwenden einer Einspritzlochschließkraft auf den Ventilkörper (40) strömt; ein Steuerventil (30) zum Steuern eines Kraftstoffdrucks in der Steuerkammer (14, 15), um die Einspritzlochschließkraft zu steuern, indem ein Ausströmdurchlass (13) geöffnet und geschlossen wird, durch welchen der Kraftstoff aus der Steuerkammer (14, 15) ausströmt; ein Ventilkolben (26, 28) zum Anwenden einer Ventilöffnungsstellkraft, welche den Ausströmdurchlass (13) öffnet, auf das Steuerventil (30), indem dieser das Steuerventil (30) kontaktiert; ein piezoelektrisches Element (21a) zum Erzeugen einer Ausdehnungskraft durch eine Ausdehnung, wenn dieses mit einem Strom geladen wird; und eine öldichte Kammer (24a), die mit dem Kraftstoff gefüllt ist, welcher durch die Ausdehnungskraft beaufschlagt wird, wobei der Kraftstoff in der öldichten Kammer (24a) die Ausdehnungskraft als die Ventilöffnungsstellkraft auf den Ventilkolben (26, 28) überträgt und ein Einspritzzustand des Kraftstoffs aus dem Einspritzloch (11) gesteuert wird, indem eine Menge der Ladung, welche dem piezoelektrischen Element (21a) durch eine Stromzufuhr zugeführt wird, gesteuert wird, die Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass diese aufweist: ein vorliegendes Startzeit-Schätzteil (B10; S11) zum Schätzen eines vorliegenden Startzeit-Volumens, welches ein Volumen des Kraftstoffs in der öldichten Kammer (24a) zu einer vorliegenden Stromzufuhr-Startzeit ist, beim Starten einer vorliegenden Stromzufuhr an das piezoelektrische Element (21a); und ein Energiezufuhrgeschwindigkeits-Steuerungsteil (B12; S12, S13, S14, S23, S14A) zum Erhöhen einer Energiezufuhrgeschwindigkeit bei der vorliegenden Stromzufuhr an das piezoelektrische Element (21a), so wie das vorliegende Startzeit-Volumen abnimmt, das durch das vorliegende Startzeit-Schätzteil (B10; S11) geschätzt wird.
Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung gemäß Anspruch 1, ferner aufweisend: ein vorhergehendes Endzeit-Schätzteil (B6; S9, S9A) zum Schätzen eines vorhergehenden Endzeit-Volumens, welches ein Volumen des Kraftstoffs in der öldichten Kammer (24a) zu einer vorhergehenden Stromzufuhr-Endzeit ist, wobei das vorliegende Startzeit-Schätzteil (B10; S11) das vorliegende Startzeit-Volumen derart schätzt, dass dieses einen kleineren Wert beträgt, so wie das vorhergehende Endzeit-Volumen, das durch das Endzeit-Schätzteil (B6; S9, S9A) geschätzt wird, kleiner ist.
Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei: das vorliegende Startzeit-Schätzteil (B10; S11) das vorliegende Startzeit-Volumen derart schätzt, dass dieses einen kleineren Wert beträgt, so wie eine Intervalldauer von der vorhergehenden Stromzufuhr-Endzeit zu der vorliegenden Stromzufuhr-Startzeit kürzer ist.
Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei: das vorliegende Startzeit-Schätzteil (B10; S11) das vorliegende Startzeit-Volumen derart schätzt, dass dieses einen kleineren Wert beträgt, so wie ein Volumen des Kraftstoffs in der öldichten Kammer (24a) zu einer vorhergehenden Stromzufuhr-Startzeit kleiner ist.
Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung für ein Kraftstoffeinspritzventil (1), welches beinhaltet: einen Ventilkörper (40) zum Öffnen und Schließen eines Einspritzlochs (11) für eine Kraftstoffeinspritzung; eine Steuerkammer (14, 15), in welche und aus welcher Kraftstoff zum Anwenden einer Einspritzlochschließkraft auf den Ventilkörper (40) strömt; ein Steuerventil (30) zum Steuern eines Kraftstoffdrucks in der Steuerkammer (14, 15), um die Einspritzlochschließkraft zu steuern, indem ein Ausströmdurchlass (13) geöffnet und geschlossen wird, durch welchen der Kraftstoff aus der Steuerkammer (14, 15) ausströmt; ein Ventilkolben (26, 28) zum Anwenden einer Ventilöffnungsstellkraft, welche den Ausströmdurchlass (13) öffnet, auf das Steuerventil (30), indem dieser das Steuerventil (30) kontaktiert; ein piezoelektrisches Element (21a) zum Erzeugen einer Ausdehnungskraft durch eine Ausdehnung, wenn dieses mit einem Strom geladen wird; und eine öldichte Kammer (24a), die mit dem Kraftstoff gefüllt ist, welcher durch die Ausdehnungskraft beaufschlagt wird, wobei der Kraftstoff in der öldichten Kammer (24a) die Ausdehnungskraft als die Ventilöffnungsstellkraft auf den Ventilkolben (26, 28) überträgt und ein Einspritzzustand des Kraftstoffs aus dem Einspritzloch (11) gesteuert wird, indem eine Menge der Ladung, welche dem piezoelektrischen Element (21a) durch eine Stromzufuhr zugeführt wird, gesteuert wird, die Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass diese aufweist: ein nächstes Startzeit-Vorhersageteil (B10a) zum Vorhersagen eines nächsten Startzeit-Volumens, welches ein Volumen des Kraftstoffs in der öldichten Kammer (24a) zu einer nächsten Stromzufuhr-Startzeit ist, beim Starten einer vorliegenden Stromzufuhr an das piezoelektrische Element (21a); und ein Zufuhrmengen-Steuerungsteil (B12a) zum Verringern einer Energiezufuhrmenge bei der vorliegenden Stromzufuhr an das piezoelektrische Element (21a), so wie das nächste Startzeit-Volumen, das durch das nächste Startzeit-Vorhersageteil (B10a) vorhergesagt wird, abnimmt.
Kraftstoffeinspritzsteuervorrichtung gemäß Anspruch 5, wobei: das nächste Startzeit-Vorhersageteil (B10a) das nächste Startzeit-Volumen derart vorhersagt, dass dieses einen kleineren Wert beträgt, so wie eine Intervalldauer von einer vorliegenden Stromzufuhr-Endzeit zu der nächsten Stromzufuhr-Startzeit kürzer ist.