DE10314565B4

DE10314565B4 - Piezobetätigungselement-Ansteuerungsschaltung und Kraftstoffeinspritzsystem

Info

Publication number: DE10314565B4
Application number: DE10314565.6A
Authority: DE
Inventors: Hideo Naruse; Noboru Nagase
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2002-04-01
Filing date: 2003-03-31
Publication date: 2020-10-29
Anticipated expiration: 2023-04-01
Also published as: JP2003299371A; JP3765282B2; DE10314565A1

Abstract

Piezobetätigungselement-Ansteuerungsschaltung miteinem Kondensator (32) zur Speicherung elektrischer Energie für einen Piezostapel (127A bis 127D) zum Ansteuern eines Piezobetätigungselements,einem Leitungsweg, entlang dem eine Ladung zwischen dem Kondensator und dem Piezostapel, wobei einer hiervon als eine Quelle betrachtet wird, über eine Induktivität (34) übertragen wird, wobei er einen ersten Leitungswegtyp (33a), entlang dem ein allmählich ansteigender Strom in die Induktivität während einer Ein-Zeitdauer eines Schaltelements (35, 36), das wiederholt ein- oder ausgeschaltet wird, fließt, und einen zweiten Leitungswegtyp (33b) umfasst, entlang dem ein allmählich abnehmender Strom in die Induktivität während einer Aus-Zeitdauer des Schaltelements fließt,einer Steuereinrichtung (212) zur Steuerung des Schaltelements, um ein Laden und Entladen des Piezostapels einzuleiten,einer Stromerfassungseinrichtung (38b) zur Erfassung eines Stroms, der entlang dem Leitungsweg fließt, undeiner Spannungserfassungseinrichtung (381a und 381b) zur Erfassung einer Spannung bei einem masseseitigen Punkt auf dem Leitungsweg,wobei die Steuereinrichtung verifiziert, dass eine Fehlfunktion aufgetreten ist, und dass die Fehlfunktion von einem Kurzschluss herrührt, wenn der durch die Stromerfassungseinrichtung erfasste Strom (Ib) einen voreingestellten Schwellenwert (THI) überschreitet,die Steuereinrichtung ermöglicht, dass Ladung von dem Piezostapel in den Kondensator entlang dem Leitungsweg zu sammeln ist, wenn die durch die Spannungserfassungseinrichtung (381a und 381b) erfasste Spannung (Va) kleiner oder gleich als ein voreingestellter Schwellenwert ist, in dem Fall, dass die Steuereinrichtung verifiziert, dass eine Fehlfunktion von einem Kurzschluss herrührt, unddie Steuereinrichtung bestimmt, dass das Schaltelement eine Fehlfunktion aufweist und eingeschaltet bleibt, obwohl das Schaltelement ausgeschaltet wird, und unterbindet, dass Ladung von dem Piezostapel in den Kondensator entlang dem Leitungsweg gesammelt wird, wenn die erfasste Spannung größer oder gleich als ein voreingestellter Schwellenwert ist, in dem Fall, dass die Steuereinrichtung bestimmt, dass eine Fehlfunktion von einem Kurzschluss herrührt,wobei der Piezostapel einer aus einer Vielzahl von Piezostapeln (127A bis 127D) ist, die in der Lage sind, unter gemeinsamer Verwendung des Leitungsweges verbunden zu sein,die Steuereinrichtung in der Lage ist, einen der Piezostapel, die auf dem Leitungsweg zu verbinden sind, aus der Vielzahl von Piezostapeln unter Verwendung eines Auswahlschalters (37A bis 37D), der durch die Steuereinrichtung gesteuert wird, auszuwählen,die Steuereinrichtung (212) den Auswahlschalter ausschaltet, um den Leitungsweg zu unterbrechen, wenn die Steuereinrichtung verifiziert, dass eine Fehlfunktion von einem Kurzschluss herrührt, undder Schwellenwert (THV) für eine erfasste Spannung im Wesentlichen auf eine Spannung eingestellt ist, die bei beiden Anschlüssen des Kondensators entwickelt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Piezobetätigungselement-Ansteuerungsschaltung und ein Kraftstoffeinspritzsystem, das die Piezobetätigungselement-Ansteuerungsschaltung verwendet.
Piezobetätigungselemente weisen ein piezoelektrisches Element auf, das in der Lage ist, elektrische Energie und eine physikalische Verschiebung aufgrund des piezoelektrischen Effekts untereinander umzuwandeln. Ein typisches piezoelektrisches Element ist als Blei-Zirkonat-Titanat (PZT) bekannt. Das Piezobetätigungselement ist beispielsweise an ein Kraftstoffeinspritzsystem für Verbrennungsmotoren angepasst. Ein allgemein bekanntes Piezobetätigungselement ist ein Betätigungselement, das als eine Einrichtung zum Schalten eines Starts einer Kraftstoffeinspritzung und eines Endes hiervon angewendet wird und in einem Injektor für eine Kraftstoffeinspritzung eingegliedert ist. In dem Piezobetätigungselement entlädt, wenn ein Piezostapel, der eine kapazitive Vorrichtung darstellt, sich ausdehnt und zusammenzieht, der Piezostapel elektrische Energie. Das Piezobetätigungselement ist ein Betätigungselementtyp, der Elektrizität nur leitet, wenn sich der Piezostapel ausdehnt und zusammenzieht.
Eine Piezobetätigungselement-Ansteuerungsschaltung umfasst einen Kondensator, in dem eine elektrische Ladung, mit der Piezostapel geladen werden, gespeichert ist, und einen Leitungsweg, entlang dem die elektrische Ladung zwischen dem Kondensator und jedem Piezostapel, wobei einer hiervon als eine Quelle betrachtet wird, über eine Induktivität zur Begrenzung eines Stroms übertragen wird. Wenn die Piezobetätigungselement-Ansteuerungsschaltung an ein Kraftstoffeinspritzsystem angepasst ist, wird jeder Piezostapel mit der in dem Kondensator gespeicherten elektrische Ladung geladen, um eine Kraftstoffeinspritzung zu starten. Die elektrische Ladung wird aus dem Piezostapel in dem Kondensator bei einer vorbestimmten Zeitsteuerung gesammelt, um die Kraftstoffeinspritzung zu beenden. Während einer Kraftstoffeinspritzung sind der Piezostapel und der Kondensator nicht-leitend. Die Piezobetätigungselement-Ansteuerungsschaltung unterscheidet sich deutlich von einer herkömmlichen Piezobetätigungselement-Ansteuerungsschaltung des Solenoid-Typs, der zur Steuerung des Öffnens oder Schließens von Injektoren verwendet wird. Bei der herkömmlichen Piezobetätigungselement-Ansteuerungsschaltung des Solenoid-Typs wird Elektrizität kontinuierlich zu einem Solenoid geleitet, um das Solenoid mit Energie zu versorgen, wobei eine Einspritzung ermöglicht wird, während das Solenoid mit Energie versorgt ist.
In der japanischen Patentoffenlegungsschrift JP 2001-157472 A ist der Aufbau einer Piezobetätigungselement-Ansteuerungsschaltung beschrieben, bei der ein Kondensator, ein Piezostapel und eine Induktivität einen LC-Schwingkreis bilden. Diese Schaltungsart kann als ein LC-Resonanztyp bezeichnet werden.
Des Weiteren ist in der japanischen Patentoffenlegungsschrift JP H10-308542 A ein Aufbau beschrieben, bei dem ein erster Typ eines Leitungsweges und ein zweiter Typ eines Leitungsweges als ein Leitungsweg ausgebildet sind. Diese Schaltungsart kann als ein Mehrfachschalttyp bezeichnet werden. Entlang dem ersten Leitungswegtyp fließt ein allmählich ansteigender Strom in eine Induktivität während einer Ein-Zeitdauer, während der ein Schaltelement, das wiederholt ein- oder ausgeschaltet wird, eingeschaltet ist. Entlang dem zweiten Leitungswegtyp fließt ein allmählich abnehmender Strom in die Induktivität einer Aus-Zeitdauer, während der das Schaltelement ausgeschaltet ist. Der LC-Resonanztyp überträgt lediglich elektrische Energie (eine Ladung) über einfache Schwingungen, die einen Strom oder eine Spannung verursachen, dessen/deren Verhalten mit einer Leitungskonstanten bestimmt wird. Bei dem Mehrfachschalttyp kann ein Ladungsgrad eines Piezostapels frei bestimmt werden, indem das Schaltelement gesteuert wird. Der Mehrfachschalttyp bietet eine Möglichkeit, dass das Piezobetätigungselement an verschiedene Anwendungen angepasst werden kann.
Im Vergleich zu dem LC-Resonanztyp, bei dem die gesamte elektrische Ladung von dem Kondensator abgegeben wird und durch einen Piezostapel empfangen wird, kann die Piezobetätigungselement-Ansteuerungsschaltung des Mehrfachschalttyps nicht hilfreich sein, wenn ein komplexer Aufbau vorliegt und eine Steuerung bzw. Regelung entsprechend einer komplexen Prozedur auszuführen ist. Dies ist darin begründet, dass nach einer Speicherung einer ausreichenden Ladungsmenge in dem Kondensator lediglich eine vorbestimmte Ladungsmenge einem Piezostapel zugeführt wird.
Bei den vorstehend beschriebenen Umständen besteht ein Bedarf für eine Piezobetätigungselement-Ansteuerungsschaltung mit großem praktischem Wert. Beispielsweise werden, soweit die Piezobetätigungselement-Ansteuerungsschaltung des LC-Resonanztyps betrachtet wird, selbst wenn ein Schalter, der zur Herstellung oder Unterbrechung eines Leitungsweges verwendet wird, unsteuerbar wird und nach dem Start eines Ladens oder Entladens eingeschaltet bleibt, weder die Piezobetätigungselement-Ansteuerungsschaltung noch Piezostapel besonders schwerwiegend beschädigt. Im Gegensatz dazu variiert bei der Piezobetätigungselement-Ansteuerungsschaltung des Schalttyps das Verhalten eines Stroms oder einer Spannung in Abhängigkeit davon, ob das Schaltelement eingeschaltet oder ausgeschaltet ist. Wenn das Schaltelement nicht entsprechend einem Befehl betätigt wird, können die Piezobetätigungselement-Ansteuerungsschaltung und Piezostapel besonders schwerwiegend beschädigt werden. Eine Piezobetätigungselement-Ansteuerungsschaltung des Schalttyps, deren Fehlfunktion unter Verwendung einer einfachen Struktur erfasst werden kann, ist derzeit nicht verfügbar.
Die Druckschrift EP 1 139 442 A1 beschreibt eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erkennung eines Kurzschlusses zur Batteriespannung während der Ansteuerung piezoelektrischer Elemente.
Die Druckschrift DE 198 45 042 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Anordnung zur Diagnose eines kapazitiven Aktors. Spezifisch wird eine Diagnose eines Aktors durchgeführt, indem einem Aktor über eine Umladeschaltung eine vorgebbare Energie zugeführt wird. Aus der Aktorspannung, dem Aktorstrom oder der Aktorladung wird durch Auswerten der Abweichung der ermittelten Werte von vorgegebenen Vergleichswerten auf fehlerhafte Funktionszustände des Aktors und dessen Zuleitungen, auf kurzzeitige oder dauerhafte Unterbrechungen, Kurzschlüsse innerhalb des Aktors oder dessen Zuleitungen oder zu kleine Kapazitätswerte geschlossen.
Die Druckschrift EP 1 138 907 A1 beschreibt ein Kraftstoffeinspritzsystem mit piezoelektrischem Element zur Steuerung einer Menge eines eingespritzten Kraftstoffs, das ferner eine Steuereinheit zur Bestimmung eines möglichen Fehlers des piezoelektrischen Elements oder einer elektrischen Schaltung, die das piezoelektrische Element ansteuert, auf der Grundlage eines Werts, der die Kapazität des piezoelektrischen Elements betrifft, umfasst.
Folglich ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Piezobetätigungselement-Ansteuerungsschaltung von großem praktischem Wert bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch eine Piezobetätigungselement-Ansteuerungsschaltung gemäß Patentanspruch 1, eine Piezobetätigungselement-Ansteuerungsschaltung gemäß Patentanspruch 4 bzw. eine Piezobetätigungselement-Ansteuerungsschaltung gemäß Patentanspruch 5 gelöst. Des Weiteren ist ein Kraftstoffeinspritzsystem gemäß Patentanspruch 6 bereitgestellt. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Gemäß einer Ausgestaltung umfasst eine Piezobetätigungselement-Ansteuerungsschaltung einen Kondensator, in dem elektrische Energie gespeichert ist, mit der Piezostapel, die in jeweiligen Piezobetätigungselementen beinhaltet sind, angesteuert werden, und einen Leitungsweg, über den eine Ladung zwischen dem Kondensator und jedem Piezostapel, wobei einer hiervon als eine Quelle betrachtet wird, über eine Induktivität übertragen wird. Ein erster Leitungswegtyp, entlang dem ein allmählich ansteigender Strom in die Induktivität während einer Ein-Zeitdauer fließt, während der ein Schaltelement, das wiederholt ein- oder ausgeschaltet wird, eingeschaltet ist, und ein zweiter Leitungswegtyp, entlang dem ein allmählich abnehmender Strom in die Induktivität während einer Aus-Zeitdauer fließt, während der das Schaltelement ausgeschaltet ist, sind als der Leitungsweg ausgebildet. Ferner leitet eine Steuereinrichtung zur Steuerung des Schaltelements ein Laden oder Entladen jedes Piezostapels ein.
Die Piezobetätigungselement-Ansteuerungsschaltung umfasst ferner eine Stromerfassungseinrichtung zur Erfassung eines Stroms, der entlang dem Leitungsweg fließt. Wenn der durch die Stromerfassungseinrichtung erfasste Strom einen voreingestellten Schwellenwert überschreitet, verifiziert die Steuereinrichtung, dass eine Fehlfunktion von einem Kurzschluss herrührt. Anders als bei der Piezobetätigungselement-Ansteuerungsschaltung des LC-Resonanztyps fließt, wenn das Schaltelement, das den Leitungsweg herstellt oder unterbricht, unsteuerbar wird und eingeschaltet bleibt, das heißt, wenn das Schaltelement eine Fehlfunktion aufweist und eingeschaltet bleibt, oder wenn ein Kurzschluss in Teilen oder der Gesamtheit der Induktivität auftritt, ein Überstrom entlang dem Leitungsweg. Dies hat beispielsweise einen derartigen Vorfall zur Folge, dass ein Piezostapel übermäßig geladen wird und eine Spannung, die bei beiden Anschlüssen des Piezostapels entwickelt wird, übermäßig ansteigt. Folglich kann durch eine Überwachung des Stromes, der entlang dem Leitungsweg fließt, ein Auftreten einer Fehlfunktion unmittelbar erfahren werden. Dies führt zu einer verbesserten Anwendbarkeit.
Zusätzlich ist eine Vielzahl von Piezostapeln als die Piezostapel mit dem Leitungsweg, der gemeinsam verwendet wird, verbunden. Ferner wird ein mit dem Leitungsweg zu verbindender Piezostapel aus der Vielzahl von Piezostapeln unter Verwendung eines Auswahlschalters, der durch die Steuereinrichtung gesteuert ist, ausgewählt. Wenn die Steuereinrichtung verifiziert, dass eine Fehlfunktion von einem Kurzschluss herrührt, schaltet die Steuereinrichtung den Auswahlschalter aus, um den Leitungsweg zu unterbrechen. Kurz gesagt können die Piezobetätigungselement-Ansteuerungsschaltung oder die Piezostapel davor bewahrt werden, beschädigt zu werden, indem ein Laden oder Entladen beendet wird.
Die Piezobetätigungselement-Ansteuerungsschaltung kann eine Spannungserfassungseinrichtung umfassen, die bei einem piezostapelseitigen Punkt bei dem Leitungsweg, jedoch nicht bei einem schaltelementseitigen Punkt entwickelt wird. Wenn die Steuereinrichtung verifiziert, dass eine Fehlfunktion von einem Kurzschluss herrührt, ermöglicht, wenn ein erstes Kriterium erfüllt ist, das heißt, eine erfasste Spannung bei ausgeschaltetem Schaltelement ist kleiner oder gleich einem voreingestellten Schwellenwert, die Steuereinrichtung eine Sammlung der Ladung von einem Piezostapel, der als eine Quelle betrachtet wird, in dem Kondensator entlang dem Leitungsweg. Im Gegensatz dazu deaktiviert, wenn ein zweites Kriterium erfüllt ist, das heißt, die erfasste Spannung ist größer oder gleich als der voreingestellte Schwellenwert, die Steuereinrichtung die Sammlung der Ladung.
Wenn es verifiziert ist, dass eine Fehlfunktion von einem Kurzschluss herrührt, ist es, wenn eine Spannung, die bei einem piezostapelseitigen Punkt bei dem Leitungsweg entwickelt wird, größer ist als eine Spannung, die bei einem schaltelementseitigen Punkt hierbei entwickelt wird, sehr wahrscheinlich, dass das Schaltelement eine Fehlfunktion aufweisen kann und eingeschaltet bleiben kann oder dass eine Fehlfunktion von einem Kurzschluss herrührt, der in der Induktivität auftritt. In diesem Fall kann eine Ladung von einem Piezostapel in dem Kondensator wie üblich gesammelt werden. Der Kondensator und die Induktivität sind jedoch leitend, da das Schaltelement eine Fehlfunktion aufweist und eingeschaltet bleibt, oder die Induktivität begrenzt nicht den Strom. Folglich wird, wenn ein Versuch unternommen wird, einen allmählich ansteigenden Strom entlang dem Leitungsweg zuzuführen, der einen Piezostapel, die Induktivität und einen Masseanschluss bzw. eine Erdung umfasst, wobei der Piezostapel als eine Quelle betrachtet wird, der ungeerdete Anschluss des Kondensators mit Masse verbunden bzw. geerdet. Dies ruft eine Befürchtung hervor, dass ein Kurzschluss zwischen beiden Anschlüssen des Kondensators auftreten kann. Andererseits tritt, wenn eine Fehlfunktion von einem Kurzschluss in der Induktivität herrührt, ein Kurzschluss in einem Piezostapel auf. Ferner wird, wenn eine erfasste Spannung größer oder gleich wie der Schwellenwert ist, eine Sammlung der Ladung nicht wie üblich ausgeführt. Folglich kann verhindert werden, dass der Kurzschluss in dem Kondensator oder den Piezostapeln auftritt.
Zusätzlich ist der Schwellenwert für die erfasste Spannung im Wesentlichen auf die Spannung eingestellt, die bei beiden Anschlüssen des Kondensators entwickelt wird. Wenn das Schaltelement ausgeschaltet wird, verifiziert die Steuereinrichtung, wenn das zweite Kriterium erfüllt ist, dass die Fehlfunktionsbetriebsart derart ist, dass das Schaltelement eine Fehlfunktion aufweist und eingeschaltet bleibt. Wenn es verifiziert ist, dass eine Fehlfunktion von einem Kurzschluss herrührt, wird das Schaltelement bei dem Leitungsweg ausgeschaltet, wobei der Kondensator als eine Quelle betrachtet wird. Dennoch kann, wenn eine erfasste Spannung weiterhin im Wesentlichen die Spannung erreicht, die bei beiden Anschlüssen des Kondensators entwickelt wird, das Schaltelement eine Fehlfunktion aufweisen und eingeschaltet bleiben. Folglich kann, wenn der Schwellenwert für die erfasste Spannung im Wesentlichen auf die Spannung eingestellt ist, die bei beiden Anschlüssen des Kondensators entwickelt wird, die Fehlfunktionsbetriebsart als die Fehlfunktionsbetriebsart spezifiziert sein, bei der das Schaltelement eine Fehlfunktion aufweist und eingeschaltet bleibt.
Zusätzlich kann ein Notfallentladungsweg gebildet sein, so dass eine in dem Kondensator gespeicherte Ladung über die Induktivität an Masse abgegeben werden kann, während die Piezostapel umgangen werden. Ein Notfallentladungsschalter zur Unterbrechung oder Herstellung des Notfallentladungswegs ist mit dem Notfallentladungsweg verbunden. Wie es vorstehend beschriebenen ist, kann, wenn eine Fehlfunktion von einem Kurzschluss herrührt, die Ladung nicht wie üblich gesammelt werden. Dennoch kann, wenn der Notfallentladungsschalter eingeschaltet wird, die Ladung an Masse abgegeben werden. Der Notfallentladungsschalter wird unter der Steuerung der Steuereinrichtung betätigt. Nachdem die Steuereinrichtung verifiziert hat, dass eine Fehlfunktion von einem Kurzschluss herrührt, kann die Ladung automatisch bei einer vorbestimmten Zeitsteuerung abgegeben werden. Andererseits kann unter der Annahme, dass die Abgabe in einem Reparaturbetrieb ausgeführt wird, die Ladung manuell abgegeben werden.
Zusätzlich kann der Kondensator unter Verwendung einer Energieversorgung geladen werden, die durch die Steuereinrichtung gesteuert wird. Wenn die Steuereinrichtung verifiziert, dass eine Fehlfunktion von einem Kurzschluss herrührt, beendet die Steuereinrichtung den Betrieb der Energieversorgung. Indem ein erneutes Anlegen elektrischer Energie an den Kondensator verhindert wird, kann der Schaden der Piezobetätigungselement-Ansteuerungsschaltung oder der Piezostapel minimiert werden.
Gemäß einer zweiten Ausgestaltung umfasst eine Piezobetätigungselement-Ansteuerungsschaltung einen Kondensator, in dem eine elektrische Energie gespeichert wird, mit der Piezostapel, die in jeweiligen Piezobetätigungselementen beinhaltet sind, angesteuert werden, und einen Leitungsweg, entlang dem eine Ladung zwischen dem Kondensator und jedem Piezostapel, wobei einer hiervon als eine Quelle betrachtet wird, über eine Induktivität übertragen wird. Als der Leitungsweg werden ein erster Leitungswegtyp und ein zweiter Leitungswegtyp ausgebildet. Entlang dem ersten Leitungswegtyp fließt ein allmählich ansteigender Strom in die Induktivität während einer Ein-Zeitdauer, während der das Schaltelement, das wiederholt ein- oder ausgeschaltet wird, eingeschaltet ist. Entlang dem zweiten Leitungswegtyp fließt ein allmählich abnehmender Strom in die Induktivität während einer Aus-Zeitdauer, während der das Schaltelement ausgeschaltet ist. Ferner leitet eine Steuereinrichtung zur Steuerung des Schaltelements ein Laden oder Entladen jedes Piezostapels ein.
Die Piezobetätigungselement-Ansteuerungsschaltung umfasst ferner eine Spannungserfassungseinrichtung, die eine Spannung erfasst, die bei dem ungeerdeten Anschluss eines Piezostapels entwickelt wird. Wenn eine Spannung, die während einer Ladungshaltezeitdauer nach Abschluss des Ladens eines Piezostapels erfasst wird, kleiner als ein voreingestellter Schwellenwert ist, verifiziert die Steuereinrichtung, dass der Piezostapel eine Fehlfunktion aufweist. Wenn der Piezostapel normal ist, bleibt die Spannung im Wesentlichen konstant während der Ladungshaltezeitdauer nach dem Abschluss der Ladung. Wenn Ladung aufgrund eines Kurzschlusses, der in Teilen der piezoelektrischen keramischen Schicht des Piezostapels auftritt, austritt bzw. verloren geht, fällt die Spannung ab. Folglich bezeichnet der Abfall in der Spannung, dass ein Piezostapel eine Fehlfunktion aufweist.
Gemäß einer dritten Ausgestaltung umfasst eine Piezobetätigungselement-Ansteuerungsschaltung einen Kondensator, in dem eine elektrische Energie gespeichert wird, mit der Piezostapel, die in jeweiligen Piezobetätigungselementen beinhaltet sind, angesteuert werden, und einen Leitungsweg, entlang dem eine Ladung zwischen dem Kondensator und jedem Piezostapel, wobei einer hiervon als eine Quelle betrachtet wird, über eine Induktivität übertragen wird. Als der Leitungsweg werden ein erster Leitungswegtyp und ein zweiter Leitungswegtyp ausgebildet. Entlang dem ersten Leitungswegtyp fließt ein allmählich ansteigender Strom in die Induktivität während einer Ein-Zeitdauer, während der ein Schaltelement, das wiederholt ein- oder ausgeschaltet wird, eingeschaltet ist. Entlang dem zweiten Leitungswegtyp fließt ein allmählich abnehmender Strom in die Induktivität während einer Aus-Zeitdauer, während der das Schaltelement ausgeschaltet ist. Ferner leitet eine Steuereinrichtung, die das Schaltelement steuert, ein Laden oder Entladen jedes Piezostapels ein.
Die Piezobetätigungselement-Ansteuerungsschaltung umfasst ferner eine Stromerfassungseinrichtung, die einen Strom erfasst, der entlang dem Leitungsweg fließt. Die Steuereinrichtung misst die Zeit, die vergangen ist, bis ein voreingestellter vorbestimmter Strom unmittelbar nach dem Start eines Ladens eines Piezostapels erfasst ist. Wenn die gemessene Zeit aus einem vorbestimmten Bereich herausfällt, verifiziert die Steuereinrichtung, dass die Scheinkapazität des Piezostapels oder die zugehörige Temperatur anormal ist.
Das Verhalten eines Stroms variiert in Abhängigkeit von einer Leitungskonstanten, die spezifisch für einen Piezostapel oder die Induktivität ist, oder insbesondere von der Scheinkapazität des Piezostapels. Was als die Scheinkapazität eines Piezostapels bezeichnet wird, ist als C in der Gleichung E = (1/2) CV² bereitgestellt, wobei E eine elektrische Energie bezeichnet, die an den Piezostapel angelegt ist, C die Scheinkapazität des Piezostapels bezeichnet und V eine Spannung bezeichnet, die bei dem Piezostapel entwickelt wird, was bedeutet, dass die Kapazität des Piezostapels gleich der Kapazität des Kondensators ist. Die Scheinkapazität eines Piezostapels kann einfach als eine Piezostapelkapazität bezeichnet werden. Die Kapazität ist temperaturabhängig. Durch Aufzeichnen eines Zeitablaufprofils des Stroms wird die anormale Kapazität oder die anormale Temperatur des Piezostapels erfahren.
Hierbei wird die Zeit, die vergangen ist, bis der vorbestimmte Strom unmittelbar nach dem Start des Ladens eines Piezostapels erfasst ist, als ein Index des Zeitablaufprofils des Stroms gemessen. Es ist folglich einfach, das Profil aufzuzeichnen.
Gemäß einer vierten Ausgestaltung umfasst ein Kraftstoffeinspritzsystem Injektoren, eine Einrichtung zur Ansteuerung von Piezobetätigungselementen, das heißt eine Piezobetätigungselement-Ansteuerungsschaltung, und eine Befehlseinrichtung. Die Injektoren weisen jeweils eine Nadel auf, mit der eine Düse, durch die ein Kraftstoff eingespritzt wird, geöffnet oder geschlossen wird, welche durch ein Piezobetätigungselement betätigt wird.
Die Piezobetätigungselement-Ansteuerungsschaltung umfasst einen Kondensator, in dem elektrische Energie gespeichert wird, mit der Piezostapel, die in jeweiligen Piezobetätigungselementen beinhaltet sind, angesteuert werden, und einen Leitungsweg, entlang dem eine Ladung zwischen dem Kondensator und jedem Piezostapel, wobei einer hiervon als eine Quelle betrachtet wird, über eine Induktivität übertragen wird. Als der Leitungsweg sind ein erster Leitungswegtyp und ein zweiter Leitungswegtyp ausgebildet. Entlang dem ersten Leitungswegtyp fließt ein allmählich ansteigender Strom in die Induktivität während einer Ein-Zeitdauer, während der ein Schaltelement, das wiederholt ein- oder ausgeschaltet wird, eingeschaltet ist. Entlang dem zweiten Leitungswegtyp fließt ein allmählich abnehmender Strom in die Induktivität während einer Aus-Zeitdauer, während der das Schaltelement ausgeschaltet ist. Ferner leitet eine Steuereinrichtung, die das Schaltelement steuert, ein Laden oder Entladen jedes Piezostapels ein.
Die Befehlseinrichtung informiert die Steuereinrichtung über eine Zeitsteuerung zum Laden eines Piezostapels und die Länge einer Ladungshaltezeitdauer, die von einer Kraftstoffeinspritzzeitdauer bzw. einer Einspritzmenge abhängt. Die Piezobetätigungselement-Ansteuerungsschaltung umfasst ferner eine Stromerfassungseinrichtung, die einen Strom erfasst, der entlang dem Leitungsweg fließt. Die Befehlseinrichtung misst die Zeit, die vergangen ist, bis ein voreingestellter vorbestimmter Strom unmittelbar nach dem Start eines Ladens eines Piezostapels erfasst ist, und korrigiert die Piezostapelladezeitsteuerung sowie die Länge der Ladungshaltezeitdauer entsprechend der gemessenen Zeit.
Die Betriebseigenschaft des Injektors ändert sich, da die Widerstände, die in dem Injektor beinhaltete, bewegbare Elemente aufweisen, während sie gleiten, gegenüber einer Änderung in der Temperatur empfindlich sind. Demgegenüber variiert, wie es vorstehend beschrieben ist, die Zeit, die vergeht, bis der vorbestimmte Strom erfasst ist, in Abhängigkeit von der Temperatur eines Piezostapels, die als die Temperatur des Injektors betrachtet werden kann. Die Temperatur eines Piezostapels liegt viel näher an der Temperatur des Injektors als es die Temperatur eines Kühlwassers oder dergleichen tut. Folglich kann, wenn die Zeitsteuerung des Ladens eines Piezostapels und die Länge der Ladungshaltezeitdauer auf der Grundlage der gemessenen Zeit korrigiert werden, eine Kraftstoffeinspritzung mit hoher Genauigkeit erreicht werden.
Merkmale und Vorteile von Ausführungsbeispielen sind zusammen mit Betriebsverfahren und der Funktion betreffender Teile aus einem Studium der nachstehenden ausführlichen Beschreibung, der beigefügten Patentansprüche und der Zeichnung ersichtlich, die alle einen Teil er vorliegenden Anmeldung bilden. Es zeigen:

1 ein Schaltdiagramm einer Piezobetätigungselement-Ansteuerungsschaltung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
2 ein Blockschaltbild eines Kraftstoffeinspritzsystems gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
3 eine Schnittansicht eines Injektors, der in dem Kraftstoffeinspritzsystem gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel beinhaltet ist,
4 ein Zeitsteuerungsdiagramm, das Aktionen angibt, die in der Piezobetätigungselement-Ansteuerungsschaltung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel auszuführen sind,
5(A) und 5(B) Schaltdiagramme, die einen Ladungsweg zeigen, entlang dem ein Piezostapel geladen wird,
6(a) und 6(B) Schaltdiagramme, die einen Entladungsweg zeigen, entlang dem ein Piezostapel entladen wird,
7 ein Schaltdiagramm, das einen Teil der Piezobetätigungselement-Ansteuerungsschaltung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt,
8 ein Zeitsteuerungsdiagramm, das Aktionen angibt, die in einem Teil der Piezobetätigungselement-Ansteuerungsschaltung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, der in 7 gezeigt ist, auszuführen sind,
9 ein Schaltdiagramm, das einen Teil der Piezobetätigungselement-Ansteuerungsschaltung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt,
10 ein Zeitsteuerungsdiagramm, das Aktionen angibt, die in einem Teil der Piezobetätigungselement-Ansteuerungsschaltung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, der in 9 gezeigt ist auszuführen sind,
11 ein Schaltdiagramm, das einen Teil der Piezobetätigungselement-Ansteuerungsschaltung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt,
12 ein Zeitsteuerungsdiagramm, das Aktionen angibt, die in einem Teil der Piezobetätigungselement-Ansteuerungsschaltung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, der in 11 gezeigt ist, auszuführen sind,
13 ein Zeitsteuerungsdiagramm, das Aktionen angibt, die in der Piezobetätigungselement-Ansteuerungsschaltung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel auszuführen sind,
14 ein Zeitsteuerungsdiagramm, das Aktionen angibt, die in der Piezobetätigungselement-Ansteuerungsschaltung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel auszuführen sind,
15 ein Zeitsteuerungsdiagramm, das Aktionen angibt, die in der Piezobetätigungselement-Ansteuerungsschaltung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel auszuführen sind,
16 ein Zeitsteuerungsdiagramm, das Aktionen angibt, die in der Piezobetätigungselement-Ansteuerungsschaltung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel auszuführen sind,
17 ein Zeitsteuerungsdiagramm, das Aktionen angibt, die in der Piezobetätigungselement-Ansteuerungsschaltung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel auszuführen sind,
18 einen Graphen, der eine Temperatur-Kapazität-Kennlinie zeigt, die einen Piezostapel betrifft, der in dem ersten Ausführungsbeispiel beinhaltet ist,
19 ein Blockschaltbild, das ein Kraftstoffeinspritzsystem gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt,
20 ein Zeitsteuerungsdiagramm, das Aktionen angibt, die in einer Piezobetätigungselement-Ansteuerungsschaltung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung auszuführen sind, und
21 einen Graphen, der die Beziehung zwischen einer Impulsdauer eines Signals Tone und einer Kapazität eines Piezostapels zeigt, der in dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird.

Erstes Ausführungsbeispiel
In 2 ist der Aufbau eines Kraftstoffeinspritzsystems eines Common-Rail-Typs für Dieselmotoren gezeigt, bei dem die vorliegende Erfindung implementiert ist. Die gleiche Anzahl von Injektoren 1 wie die Anzahl von Zylindern, die in einem Dieselmotor beinhaltet sind, ist in Verbindung mit den Zylindern beinhaltet. In der Zeichnung ist lediglich ein Injektor gezeigt. Ein Kraftstoff wird zu den Injektoren mittels Versorgungsleitungen 27 geleitet, die über eine Common-Rail-Einrichtung 26 verbunden sind. Der Kraftstoff wird dann von den Injektoren 1 in die jeweiligen Zylinder mit einem Einspritzdruck eingespritzt, der im Wesentlichen gleich einem Kraftstoffdruck ist, der in der Common-Rail-Einrichtung 26 ausgeübt wird. Der Kraftstoffdruck in der Common-Rail-Einrichtung 26 wird als ein Common-Rail-Druck bezeichnet. Der Kraftstoff in einem Kraftstofftank 23 wird zu der Common-Rail-Einrichtung 26 mit einem Druck durch eine Hochdruckversorgungspumpe 25 geführt und in der Common-Rail-Einrichtung 26 mit einem hohen Druck gespeichert.
Des Weiteren wird der Kraftstoff, der von der Common-Rail-Einrichtung 26 zu den Injektoren 1 geführt wird, nicht nur in die Verbrennungskammern eingespritzt, sondern auch verwendet, um einen Steueröldruck für die Injektoren 1 bereitzustellen. Der Kraftstoff wird von den Injektoren 1 zu dem Kraftstofftank 23 über eine Niederdruck-Abflussleitung 28 zurückgeführt.
Eine Piezobetätigungselement-Ansteuerungsschaltung 21 ist zur Ansteuerung von Piezobetätigungselementen beinhaltet, die in den jeweiligen Injektoren 1 eingebaut sind. Die Piezobetätigungselement-Ansteuerungsschaltung 21 wird durch eine ECU 22 gesteuert, wobei der Injektor 1, der mit einem ausgewählten Zylinder verbunden ist, den Kraftstoff einspritzt. Das Schlüsselbauelement der ECU 22 ist ein Mikrocomputer oder dergleichen. Die ECU 22 steuert nicht nur die Piezobetätigungselement-Ansteuerungsschaltung 21, sondern auch andere Bauelemente des Kraftstoffeinspritzsystems. Die ECU 2 steuert beispielsweise ein Dosierventil 24 entsprechend einem Erfassungssignal, das durch einen Drucksensor oder dergleichen erzeugt wird, welcher nicht gezeigt ist und bei der Common-Rail-Einrichtung 26 angebracht ist. Die ECU 22 reguliert somit eine Kraftstoffmenge, die der Common-Rail-Einrichtung 26 zuzuführen ist, mit einem Druck, um den Common-Rail-Druck zu regulieren. Außerdem empfängt die ECU 22 verschiedene Signale, die Erfassungssignale, die eine Kraftstofftemperatur TF beziehungsweise eine Motoröltemperatur TO darstellen, sowie ein Signal umfassen, das einen Kurbelwinkel darstellt.
In 3 ist der Aufbau jedes Injektors 1 gezeigt. Der Injektor ist wie ein Stab geformt. Der Abschnitt des Injektors, der in dem unteren Teil der Zeichnung gezeigt ist, dringt durch die Wand einer Verbrennungskammer eines Motors, der nicht gezeigt ist, und ragt in die Verbrennungskammer hinein. Der Injektor 1 ist aus einem Düsenabschnitt 1a, einem Hintergrunddrucksteuerabschnitt 1b und einem Piezobetätigungselement 1c aufgebaut, die in dieser Reihenfolge von dem unteren Ende des Injektors angeordnet sind.
Eine Nadel 121 stößt bei dem hinteren Ende eines hülsenartigen Körpers 104 des Düsenabschnitts 1a an, so dass sie frei gleiten kann. Die Nadel 121 stößt an einen ringförmigen Sitz 1041, der bei dem Fernende des Düsenkörpers 104 gebildet ist, an oder weicht von diesem zurück. Ein Hochdruckkraftstoff wird von der Common-Rail-Einrichtung 54 in einen Umfangsraum 105 um den Umfang des Fernteils der Nadel 121 mittels eines Hochdruckdurchgangs 101 eingeführt. Wenn die Nadel 121 angehoben wird, wird der Kraftstoff durch eine Düse 103 eingespritzt. Ein Kraftstoffdruck, der durch den Kraftstoff ausgeübt wird, der über den Hochdruckdurchgang 101 eingeführt wird, wirkt auf eine ringförmige Stufe 1211 der Nadel 121 in einer nach oben gerichteten Richtung, in der die Nadel angehoben wird.
Der als ein Steueröl dienende Kraftstoff wird in einen Raum, der hinter der Nadel 121 liegt, durch eine Innenöffnung 107 über den Hochdruckdurchgang 101 eingeführt. Der Raum dient als eine Hintergrunddruckkammer 106, in der ein Hintergrunddruck ausgeübt wird, der die Nadel 121 behindert. Der Hintergrunddruck wirkt auf das hintere Ende 1212 der Nadel 121 in einer nach unten gerichteten Richtung, in der sich die Nadel bewegt, um an den ringförmigen Sitz anzustoßen, zusammen mit einer Zwangskraft, die durch eine Feder 122 ausgeübt wird, die sich in der Hintergrunddruckkammer 106 befindet.
Der Hintergrunddruck wird durch den Hintergrunddrucksteuerabschnitt 1b vergrößert oder verkleinert. Der Hintergrunddrucksteuerabschnitt 1b wird durch das Piezobetätigungselement 1c angesteuert, welches einen Piezostapel 127 aufweist.
Die Hintergrunddruckkammer 106 ist ständig mit einer Ventilkammer 110, die in dem Hintergrunddrucksteuerabschnitt 1b beinhaltet ist, über eine Außenöffnung 109 verbunden. Die Ventilkammer 110 weist eine Kegelform auf, deren Deckenoberfläche 1101 nach oben gerichtet ist. Eine Niederdrucköffnung 110a, die mit einer Niederdruckkammer 111 verbunden ist, ist in den obersten Teil der Deckenoberfläche 1101 gebohrt. Die Niederruckkammer 111 ist mit einem Niederdruckdurchgang 102, der zu der Abflussleitung 56 führt, verbunden. Eine Hochdrucköffnung 110b, die mit dem Hochdruckdurchgang 101 über einen Hochdrucksteuerdurchgang 108 verbunden ist, ist in den Boden der Ventilkammer 110 gebohrt.
Eine Kugel 123, deren unterer Teil horizontal abgeschnitten ist, ist in der Ventilkammer 110 angebracht. Die Kugel 123 dient als ein Ventilkörper, der nach oben und unten bewegbar ist. Wenn die Kugel nach unten geht, stößt die Kugel an den Boden 1102 der Ventilkammer, der als ein Ventilsitz dient, an, um die Hochdrucköffnung 110b zu blockieren. Der Ventilsitz 1102 wird als ein Hochdrucksitz bezeichnet. Folglich ist die Ventilkammer 110 von dem Hochdrucksteuerdurchgang 108 isoliert. Wenn die Kugel nach oben geht, stößt die Kugel an die Deckenoberfläche 1101, die als ein Ventilsitz dient, an, um die Niederdrucköffnung 110a zu blockieren. Der Ventilsitz 1101 wird als ein Niederdrucksitz bezeichnet. Folglich ist die Ventilkammer 110 von der Niederdruckkammer 111 isoliert. Wenn die Kugel 123 nach unten geht, ist die Hintergrunddruckkammer 106 mit der Niederdruckkammer 111 über die Außenöffnung 109 und die Ventilkammer 110 verbunden. Dies verursacht, dass der auf die Nadel 121 ausgeübte Druck abnimmt. Folglich weicht die Nadel 121 von dem ringförmigen Sitz zurück. Andererseits ist, wenn die Kugel 123 nach oben geht, die Hintergrunddruckkammer 106 von der Niederdruckkammer 111 isoliert und mit dem Hochdruckdurchgang 101 alleine verbunden. Folglich steigt der auf die Nadel 121 ausgeübte Druck an. Letztendlich stößt die Nadel 121 an den ringförmigen Sitz an.
Die Kugel 123 wird durch das Piezobetätigungselement 1c gedrückt oder angesteuert. Das Piezobetätigungselement 1c weist zwei Kolben 124 und 125 auf, die gegenseitig unterschiedliche Durchmesser aufweisen, wobei sie in einem vertikalen Loch 112, das in eine vertikale Richtung über der Niederdruckkammer 111 gebohrt ist, gehalten werden, so dass die Kolben frei gleiten können. Der Piezostapel 127 befindet sich über dem oberen Kolben mit großem Durchmesser 125, so dass er sich in die vertikalen Richtungen ausdehnen und zusammenziehen kann.
Der Kolben mit großem Durchmesser 125 wird mittels einer Feder 126, die sich unter dem Kolben mit großem Durchmesser befindet, an den Piezostapel 127 anstoßend gehalten. Der Kolben mit großem Durchmesser 125 wird folglich in die vertikalen Richtungen um den gleichen Grad wie der Grad verschoben, um den sich der Piezostapel 127 ausdehnt oder zusammenzieht.
Ein Raum, der durch den unteren Kolben mit kleinem Durchmesser 124, der der Kugel 123 gegenüberliegt, den Kolben mit großem Durchmesser 125 und das vertikale Loch 112 definiert ist, wird mit einem Kraftstoff gefüllt, wodurch eine Verschiebungsausdehnungskammer 113 gebildet wird. Wenn sich der Piezostapel 127 ausdehnt, wird der Kolben mit großem Durchmesser 125 nach unten verschoben, um den Kraftstoff in der Verschiebungsausdehnungskammer 113 unter Druck zu setzen. Folglich wird die Druckform zu dem Kolben mit kleinem Durchmesser 124 über den Kraftstoff in der Verschiebungsausdehnungskammer 113 weitergeleitet. Hierbei wird, da der Kolben mit kleinem Durchmesser 124 dünner als der Kolben mit großem Durchmesser 125 ist, der Ausdehnungsgrad, um den sich der Piezostapel 127 ausdehnt, erweitert. Die Ausdehnung des Piezostapels 127 wird in eine Verschiebung des Kolbens mit kleinem Durchmesser 124 umgewandelt.
Für eine Kraftstoffeinspritzung wird zuerst der Piezostapel 127 geladen, um sich auszudehnen. Der Kolben mit kleinem Durchmesser 124 geht nach unten und drückt die Kugel 123 nach unten. Dies verursacht, dass die Kugel 123 von dem Niederdrucksitz 1101 zurückweicht. Die Kugel 123 stößt dann an den Hochdrucksitz 1102 an. Da die Hintergrunddruckkammer 106 mit dem Niederdruckdurchgang 102 verbunden ist, nimmt der Kraftstoffdruck in der Hintergrunddruckkammer 106 ab. Folglich übersteigt eine Kraft, die auf die Nadel 121 in eine Richtung wirkt, in der sich die Nadel 121 bewegt, um von dem ringförmigen Sitz zurückzuweichen, eine Kraft, die darauf in eine Richtung wirkt, in der sich die Nadel 121 bewegt, um an den ringförmigen Sitz anzustoßen. Die Nadel 121 weicht folglich von dem ringförmigen Sitz zurück. Schließlich startet die Kraftstoffeinspritzung.
Für eine Beendigung der Einspritzung wird der Piezostapel 127 entladen, um sich zusammenzuziehen. Folglich wird eine Kraft zum Herunterdrücken der Kugel 123 gelöst. Zu diesem Zeitpunkt ist der Druck in der Ventilkammer 110 niedrig, wobei ein hoher Kraftstoffdruck, der durch den Kraftstoff, der durch den Hochdrucksteuerdurchgang 108 eingeführt wird, ausgeübt wird, auf den Boden der Kugel 123 wirkt. Wenn die Kraft zum Herunterdrücken der Kugel 123 gelöst wird, weicht die Kugel 123 von dem Hochdrucksitz 1102 zurück und stößt wieder an den Niederdrucksitz 1101 an. Dies verursacht, dass der Kraftstoffdruck in der Ventilkammer 110 ansteigt. Folglich stößt die Nadel 121 an den ringförmigen Sitz an. Schließlich wird die Einspritzung beendet.
In 1 ist der Aufbau der Piezobetätigungselement-Ansteuerungsschaltung 21 gezeigt. Zur Vereinfachung können die Piezostapel 127, die mit vier Zylindern verbunden sind, ein Piezostapel 127A, ein Piezostapel 127B, ein Piezostapel 127C bzw. ein Piezostapel 127D genannt werden. Die Piezobetätigungselement-Ansteuerungsschaltung 21 umfasst hauptsächlich einen Ladungs-/Entladungs-Schaltungsblock 211, der die Piezostapel 127A bis 127D lädt oder entlädt, sowie eine Steuereinrichtung 212, die als eine Steuereinrichtung zur Steuerung des Ladungs-/Entladungs-Schaltungsblocks 211 dient. Die Piezobetätigungselement-Ansteuerungsschaltung 21 ist mit den Piezostapeln 127A bis 127D über einen Kabelbaum verbunden, der nicht gezeigt ist.
Der Ladungs-/Entladungs-Schaltungsblock 211 umfasst einen Gleichspannungswandler 31, der als eine Energieversorgung zur Erzeugung einer Gleichspannung dient, die von einigen zehn bis einigen hundert Volt bei einem Energieempfang von einer fahrzeuginternen Batterie 30 reicht, und einen Kondensator 32, der mit Ausgangsknoten des Gleichspannungswandlers 31 parallel zu dem Gleichspannungswandler verbunden ist. Beispielsweise kann eine typische Aufwärtstransformationszerhackertypschaltung bzw. Step-Up-Chopper-Typ-Schaltung als der Gleichspannungswandler 31 angepasst werden. Der Kondensator 32 wird mit einem elektrostatischen Kondensator realisiert, der eine ausreichend große Kapazität (mehrere hundert Mikrofarad) aufweist. Der Kondensator 32 entwickelt eine im Wesentlichen konstante Spannung selbst während einer Ladung der Piezostapel 127A bis 127D.
Ein erster Leitungsweg 33a, der ein erster Leitungswegtyp ist, wird so gebildet, dass elektrische Energie von dem Kondensator 32 zu den Piezostapeln 127A bis 127D geleitet werden kann. Ein erstes Schaltelement 35 ist mit dem Kondensator 32 und einer Induktivität 34 zwischen dem Kondensator 32 und der Induktivität 34 in Reihe geschaltet. Das erste Schaltelement 35 ist mit einem MOSFET realisiert. Eine parasitäre Diode 351, die intern bei dem ersten Schaltelement gebildet ist, ist so verbunden, dass eine Sperrrichtung bei beiden Anschlüssen des Kondensators 32 erzeugt wird. Die parasitäre Diode 351 wird als eine erste parasitäre Diode 351 bezeichnet.
Die Induktivität 34 und die Piezostapel 127A bis 127D bilden einen zweiten Leitungsweg 33b, der ein zweiter Leitungswegtyp ist. Der Leitungsweg 33 umfasst ein zweites Schaltelement 36, das mit einem Zwischenknoten zwischen der Induktivität 34 und dem ersten Schaltelement 35 verbunden ist. Der zweite Leitungsweg 33b ist ein geschlossener Stromkreis, der den Kondensator 32 überbrückt und die Induktivität 34, die Piezostapel 127A bis 127D und das zweite Schaltelement 36 umfasst. Das zweite Schaltelement 36 ist ebenso mit einem MOSFET realisiert. Eine parasitäre Diode 361, die intern bei dem zweiten Schaltelement 36 gebildet ist, ist so verbunden, dass eine Sperrrichtung bei beiden Anschlüssen des Kondensators 32 entwickelt ist. Die parasitäre Diode 361 wird als eine zweite parasitäre Diode 361 bezeichnet.
Die Leitungswege 33a und 33b sind den Piezostapeln 127A bis 127D gemeinsam. Auswahlschalter 37A, 37B, 37C und 37D sind in Reihe mit den jeweiligen Piezostapeln 127A bis 127D in einer Eins-zu-Eins-Entsprechung mit den Piezostapeln 127A bis 127D in Reihe geschaltet. Ein beliebiger der Auswahlschalter 37A bis 37D, die in der Eins-zu-Eins-Entsprechung mit den Piezostapeln 127A bis 127D verbunden sind, die mit den Injektoren 1 für die jeweiligen Einspritzzylinder verbunden sind, wird eingeschaltet, wodurch die Leitungswege 33a und 33b selektiv einen beliebigen der Piezostapel 127A bis 127D umfassen.
Die Auswahlschalter 37A bis 37D sind mit MOSFET realisiert. Parasitäre Dioden (nachstehend Auswahl-Parasitärdioden) 371A, 371B, 371C und 371D, die intern bei den Auswahlschaltern gebildet sind, sind so verbunden, dass eine Sperrrichtung bei beiden Anschlüssen des Kondensators 32 entwickelt wird. Die parasitären Dioden 371A, 371B, 371C und 371D werden als Auswahl-Parasitärdioden bezeichnet.
Ein von der Steuereinrichtung 212 gesendetes Steuersignal wird den jeweiligen Gattern bzw. Gates der Schaltelemente 35 und 36 sowie der Auswahlschalter 37A bis 37D zugeführt. Mit dem Steuersignal wird ein beliebiger der Auswahlschalter 37A bis 37D eingeschaltet, um einen Piezostapel für eine Ansteuerung aus den Piezostapeln 127A bis 127D auszuwählen. Außerdem werden die Schaltelemente 35 und 36 ein- oder ausgeschaltet, um die Piezostapel 127A bis 127D zu laden oder zu entladen.
Ein Widerstand 38b ist zwischen die Auswahlschalter 37A bis 37D und eine Masse angeschlossen, so dass der Widerstand 38b den Auswahlschaltern 37A bis 37D gemeinsam ist. Eine Spannung VB, die bei beiden Anschlüssen des Widerstands 38b, von denen einer als ein Punkt b in der Zeichnung gezeigt ist, entwickelt wird, wird an die Steuereinrichtung 212 angelegt, wodurch ein Ladungsstrom, der in einen beliebigen der Piezostapel 127A bis 127D fließt, erfasst wird.
Ein Widerstand 38c ist mit dem zweiten Schaltelement 36 in Reihe geschaltet. Eine Spannung VC, die bei beiden Anschlüssen des Widerstands 38c, von denen einer als ein Punkt c in der Zeichnung gezeigt ist, entwickelt wird, wird an die Steuereinrichtung 212 angelegt. Somit wird ein Entladungsstrom, der aus einem beliebigen der Piezostapel 127A bis 127D fließt, erfasst.
Des Weiteren sind Widerstände 381a und 381b, die einen hohen Widerstand bieten und in Reihe miteinander geschaltet sind, zwischen dem Anschluss der Induktivität 34 auf der Seite der Piezostapel 127A bis 127D und der Masse zwischengeschaltet. Eine Bruchteilspannung, die eine Spannung Va ist, die bei einem Punkt a in der Zeichnung entwickelt wird, wird an die Steuereinrichtung 212 angelegt. Somit wird eine Spannung, die bei beiden Anschlüssen eines beliebigen der Piezostapel 127A bis 127D entwickelt wird, erfasst.
Ein Notfallentladungsweg 42 ist parallel zu den Widerständen 381a und 381b gebildet. Entlang dem Notfallentladungsweg 42 wird eine Ladung, die in dem Kondensator 32 und den Piezostapeln 127A bis 127D gespeichert ist, an die Masse abgegeben, wie es nachstehend ausführlicher beschrieben ist. Der Notfallentladungsweg 42 umfasst zusätzlich zu einem Notfallentladungsschalter 43, der den Notfallentladungsweg herstellt oder unterbricht, einen Widerstand 44 und eine Diode 45, die in Reihe miteinander geschaltet sind. Der Widerstand 44 wird verwendet, um eine Zeitkonstante zu regulieren, die während der Ladungsabgabe erforderlich ist. Die Diode 45 wird verwendet, um einen Rückstrom zu verhindern. Die Elektrode der Diode 45 auf der Seite der Induktivität 34 ist eine Kathode. Eine Richtung, in der ein Strom von der Induktivität 34 zu der Masse fließt, wird als eine Vorwärtsrichtung betrachtet.
Der Notfallentladungsschalter 43 ist mit einem MOSFET realisiert. Eine parasitäre Diode (nachstehend als Entlade-Parasitärdiode bezeichnet) 431, die intern bei dem Notfallentladungsschalter 43 gebildet ist, ist so verbunden, dass eine Sperrrichtung bei dem Kondensator 32 entwickelt wird.
Ein Steuersignal, das von der Steuereinrichtung 212 gesendet wird, wird dem Gatter bzw. dem Gate des Notfallentladungsschalters 43 zugeführt.
Die Steuereinrichtung 212, die eine Steuereinrichtung darstellt, überträgt ein Steuersignal zu dem Ladungs-/ Entladungs-Schaltungsblock 211 entsprechend einem Befehlssignal, das von der ECU 22 gesendet wird, und verschiedenen Erfassungssignalen, die von dem Ladungs-/ Entladungs-Schaltungsblock 211 gesendet werden. Des Weiteren erfasst die Steuereinrichtung 212 eine Anomalie, die in dem Ladungs-/Entladungs-Schaltungsblock 211 auftritt, und überträgt Anomalie-Verifikationssignale IJF1 und IJF2 an die ECU 22. Die Steuereinrichtung 212 erzeugt ebenso ein Entladungsabschaltsignal, das nachstehend beschrieben ist. Wenn eine bestimmte Bedingung erfüllt ist, schaltet die Steuereinrichtung 212 die Sammlung einer Ladung von den Piezostapeln 127A bis 127D zu dem Kondensator 32 ab.
Von der ECU 22 empfangene Befehlssignale umfassen ein Einspritzsignal IF, ein Zylinderauswahlsignal DI und ein Ladungszeitdauersignal TC. Das Einspritzsignal bestimmt eine Ladungszeitdauer und eine Entladungszeitdauer, während der die Piezostapel 127A bis 127D geladen bzw. entladen werden, wobei es ein Binärsignal ist, das zwischen niedrigen und hohen Pegeln wechselt. Eine Einspritzzeitdauer wird im Wesentlichen mit einer Ausgabezeitdauer, während der das Einspritzsignal übertragen wird, und mit der Impulszeitdauer des Einspritzsignals bestimmt. Des Weiteren wird das Zylinderauswahlsignal verwendet, um einen Piezostapel auszuwählen, der von den Piezostapeln 127A bis 127D, die mit den Einspritzzylindern verbunden sind, geladen werden soll. Das Ladungszeitdauersignal bestimmt die Länge der Ladungszeitdauer, während der die Piezostapel 127A bis 127D geladen werden, das heißt einen Ladungsgrad.
Widerstände 41A, 41B, 41C und 41D sind parallel zu den jeweiligen Piezostapeln 127A bis 127D angeschlossen. Nachdem die Ladung abgeschlossen ist, werden die Piezostapel 127A bis 127D die ganze Zeit über allmählich entladen. Wenn eines der sich von den Piezostapeln 127A bis 127D erstreckenden Kabel getrennt ist, kann ein beliebiger der Piezostapel 127A bis 127D nicht leiten. Schließlich kann eine Ladung nicht wie üblich von einem beliebigen der Piezostapel 127A bis 127D in dem Kondensator gesammelt werden. In diesem Fall wird ein Ladungshaltezustand, in dem die Nadel 121 angehoben ist, nicht länger als eine vorbestimmte Zeit andauern. Des Weiteren löschen die Widerstände 41A bis 41D eine Ladung, die von einem Nicht-Spannungs-Effekt hergeleitet ist. Die Widerstandwerte der Widerstände 41A bis 41D sind folglich unter Berücksichtigung der längsten Einspritzzeit oder dergleichen bestimmt.
In 4 sind Aktionen, die in dem Ladungs-/Entladungs-Schaltungsblock 211 auszuführen sind, angedeutet. Wenn das Einspritzsignal IF, das Zylinderauswahlsignal DI und das Ladungszeitdauersignal TC hoch angesteuert werden, überträgt die Steuereinrichtung 212 ein vorbestimmtes Steuersignal. Im Übrigen soll das Zylinderauswahlsignal zuerst eine Auswahl eines ersten Zylinders erlauben und dann eine Auswahl eines zweiten Zylinders erlauben. Zuerst wird der erste Auswahlschalter 37A, der mit dem ersten Zylinder verbunden ist, eingeschaltet. Die Ein-Zeitdauer, während der der Auswahlschalter 37A eingeschaltet ist, dauert an, bis die Endladung abgeschlossen ist.
Wenn das Einspritzsignal IF und das Ladungszeitdauersignal TC bei t1 hoch angesteuert sind, bestimmt die Steuereinrichtung 212 eine Ein-Zeitdauer, während der das erste Schaltelement 35 eingeschaltet ist, und eine Aus-Zeitdauer, während der das erste Schaltelement 35 ausgeschaltet ist, wie es nachstehend beschrieben ist. Das erste Schaltelement 35 kann als ein Ladungsschalter bezeichnet werden. Die Steuereinrichtung 212 überträgt dann ein Steuersignal zu dem Ladungsschalter 35. Die Steuereinrichtung 212 schaltet nämlich den Ladungsschalter 35 ein und erlaubt, dass ein allmählich ansteigender Ladungsstrom entlang dem ersten Leitungsweg 33a fließt, der der erste Leitungswegtyp ist, der den Kondensator 32 als eine Quelle aufweist, wie es in 5(A) gezeigt ist. Die Ein-Zeitdauer ist festgelegt. Wenn der Ladungsschalter 35 ausgeschaltet ist, führt eine elektromotorische Kraft, die durch die Induktivität 34 ausgeübt wird, eine Durchlassvorspannung herbei, die an die zweite parasitäre Diode 361 anzulegen ist. Augrund der in der Induktivität 34 gespeicherten, elektrischen Energie fließt ein allmählich abnehmender Schwungradstrom entlang dem zweiten Leitungsweg 33b, der der zweite Leitungswegtyp ist, der den Kondensator 32 als eine Quelle aufweist. Folglich macht ein Laden des Piezostapels 127A Fortschritte, wie es in 5(B) gezeigt ist. Wenn der Ladungsstrom einen Schwellenwert erreicht, der im Vorfeld im Wesentlichen auf 0A eingestellt ist, wird die Aus-Zeitdauer beendet. Der eingestellte Schwellenwert kann als ein 0A-Schwellenwert bezeichnet werden. Der Ladungsschalter 35 wird wieder eingeschaltet und somit in die Ein-Zeitdauer gebracht. Diese Prozedur wird als ein Mehrfachschaltverfahren wiederholt. Der Ladungsstrom Ib, ein Signal bei einem Punkt b, fließt in der Form einer im Wesentlichen dreieckigen Welle. Die Spannung Va, ein Signal bei einem Punkt a, die bei beiden Anschlüssen des Piezostapels 127A entwickelt wird, steigt schrittweise an.
Wenn das Ladungszeitdauersignal TC bei t3 niedrig angesteuert wird, wird ein Steuersignal, das zu dem Ladungsschalter 35 zu senden ist, erzwungen abgesenkt. Der Ladungsschalter 35 wird auf einer festgelegten Grundlage ausgeschaltet gehalten. Das Laden ist folglich abgeschlossen. Der Piezostapel 127A dehnt sich aus, da er geladen ist, und setzt die Kugel 123 über die Verschiebungsausdehnungskammer 113 unter Druck. Folglich wird die Nadel angehoben.
Im Übrigen ist das Verfahren, das in diesem Typ von Piezobetätigungselement-Ansteuerungsschaltung 211 implementiert ist, gemäß dem die Länge der Ein-Zeitdauer festgelegt ist, dadurch charakterisiert, dass eine Anwendungsgeschwindigkeit, mit der die elektrische Energie den Piezostapeln 127A bis 127D zugeführt wird, festgelegt ist und eine hervorragende Linearität aufweist, und solange die Länge einer Ladungszeitdauer nicht verändert wird, bleibt eine den Piezostapeln 127A bis 127D zuzuführende elektrische Energiemenge im Wesentlichen konstant, auch wenn die Kapazität der Piezostapel 127A bis 127D variiert.
Des Weiteren wird, wenn das Einspritzsignal IF bei t5 niedrig angesteuert wird, das Entladungszeitdauersignal TD erzeugt. In Reaktion auf das Signal wird der Piezostapel 127A entladen und abgegebene Ladung wird in dem Kondensator 32 gesammelt. Anders ausgedrückt werden eine Ein-Zeitdauer, während der das zweite Schaltelement 36 eingeschaltet ist, und eine Aus-Zeitdauer, während der das zweite Schaltelement 36 ausgeschaltet ist, wie nachstehend beschrieben bestimmt. Das zweite Schaltelement 36 kann als ein Endladungsschalter bezeichnet werden. Ein Steuersignal wird zu dem Entladungsschalter 36 übertragen. Genauer gesagt wird der Entladungsschalter 36 eingeschaltet. Folglich fließt ein allmählich ansteigender Entladungsstrom entlang dem zweiten Leitungsweg 33b, der der zweite Leitungswegtyp ist, der den Piezostapel 127A als eine Quelle aufweist, wie es in 6(A) gezeigt ist. Wenn der Entladungsstrom einen voreingestellten Schwellenwert erreicht, wird der Entladungsschalter 36 ausgeschaltet und somit in die Aus-Zeitdauer gebracht. Zu dieser Zeit wird eine große elektromotorische Kraft durch die Induktivität 34 ausgeübt. Folglich verursacht eine in der Induktivität 34 gespeicherte elektrische Energie, dass ein Schwungradstrom entlang dem ersten Leitungsweg 33a fließt, der der erste Leitungswegtyp ist, der den Piezostapel 127A als eine Quelle aufweist. Die elektrische Energie wird in dem Kondensator 32 gesammelt, wie es in 6(B) gezeigt ist. Wenn der Entladungsstrom gleich dem OA-Schwellenwert ist, wird der Entladungsschalter 36 wieder eingeschaltet. Diese Prozedur wird wiederholt.
Wenn die Spannung, die sich über dem Piezostapel entwickelt, den 0V-Schwellenwert bei t8 erreicht, wird der Entladungsschalter 36 auf einer festgelegten Grundlage ausgeschaltet gehalten. Die Entladung des Piezostapels 127A ist dann abgeschlossen. Eine Ladung in dem Piezostapel 127A wird in dem Kondensator 32 gesammelt. Wenn der Piezostapel 127A somit entladen ist, zieht sich der Piezostapel 127A zusammen. Folglich wird eine Druckkraft, die auf die Kugel 123 aufgrund eines Kraftstoffdrucks in der Verschiebungsausdehnungskammer 113 ausgeübt wird, freigegeben. Schließlich stößt die Kugel 123 an den Niederdrucksitz an.
Wenn ein vorbestimmter Kolbenwinkel erfasst wird, werden das Einspritzsignal und das Ladungszeitdauersignal wieder hoch angesteuert. Das Zylinderauswahlsignal, mit dem der zweite Zylinder bestimmt wird, wird bei t12 hoch angesteuert. Der erste und der zweite Leitungsweg 33a und 33b werden gebildet, während der Piezostapel 127B umschlossen wird. Danach werden der dritte und der vierte Zylinder aufeinanderfolgend bestimmt, wobei die Piezostapel 127C und 127D aufeinanderfolgend geladen und entladen werden.
Als nächstes folgt eine Beschreibung eines Schaltungsabschnitts der Steuereinrichtung 212, der eine Anomalie erfasst, die in dem Ladungs-/Entladungs-Schaltungsblock 211 auftritt, wobei die Anomalie-Verifikationssignale IJF1 und IJF2 zu der ECU 22 übertragen werden. In 7 ist der Schaltungsabschnitt gezeigt, der das Anomalie-Verifikationssignal IJF1 und ein Entladungsabschaltsignal erzeugt. In 8 sind Aktionen, die in dem Schaltungsabschnitt auszuführen sind, angedeutet. Zusätzlich zu dem Einspritzsignal werden eine Ladungsspannung, eine Zeitgeberschwellenwertsignal, ein Überspannungsschwellenwertsignal und ein Kapazitätsüberschreitungsschwellenwertsignal dem Schaltungsabschnitt zugeführt. Nachstehend ist eine Beschreibung unter der Annahme, dass ein ausgewählter Zylinder der erste Zylinder ist, gegeben. Anders ausgedrückt, unter den Auswahlschaltern 37A bis 37D soll der Auswahlschalter 37A eingeschaltet sein.
Eine Ladungsspannung Va ist eine Spannung, die bei einem Punkt a erfasst wird und bei dem Anschluss der Induktivität 35a auf der Seite des Piezostapels 127A entwickelt wird.
Das Zeitgeberschwellenwertsignal TH4 ist ein Spannungssignal für eine Verwendung bei einer Verifikation, ob eine Zeitdauer, die bei einer Zeitsteuerung t4 endet, vergangen ist, wie es nachstehend beschrieben ist.
Das Überspannungsschwellenwertsignal THV und das Kapazitätsüberschreitungsschwellenwertsignal THC werden mit der Ladungsspannung verglichen, um die Größe der Ladungsspannung zu verifizieren. Das Überspannungsschwellenwertsignal THV und das Kapazitätsüberschreitungsschwellenwertsignal THC werden als anormale Spannungsverifikationsschwellenwertsignale betrachtet. Das Überspannungsschwellenwertsignal THV ist ein Spannungssignal, dessen Größe gleich der Größe einer Spannung ist, die im Wesentlichen als eine Spannung betrachtet wird, die über dem Kondensator 32 entwickelt wird. Das Kapazitätsüberschreitungsschwellenwertsignal THC stellt einen Schwellenwert dar, auf dessen Grundlage erfasst wird, ob die Ladungsspannung für den Ladungs-/ Entladungs-Schaltungsblock 211 aufgrund der anormalen Kapazität des Piezostapels 127A unzureichend ist. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird der Abschluss des Ladens ohne das Erfordernis bestimmt, die Größe einer Spannung zu überprüfen, die über einem Piezostapel entwickelt wird. Die Ladungsspannung fällt folglich bei einem Anstieg der Kapazität des Piezostapels 127A ab.
Ein Komparator bzw. eine Vergleichseinrichtung 53 vergleicht die Ladungsspannung Va mit dem Überspannungsschwellenwertsignal THV oder dem Kapazitätsüberschreitungsschwellenwertsignal, die durch einen Schalter 52 ausgewählt werden. Ein Schalten der Kontakte des Schalters 52 wird auf der Grundlage eines Ausgangssignals eines Komparators 51 gesteuert. Der Komparator 51 empfängt ein Ausgangssignal einer Zeitgeberschaltung 50, die bis zu einer seit der Führungsflanke des Einspritzsignals IF vergangenen Zeit zählt, und das Zeitgeberschwellenwertsignal TH4. Wenn die vergangene Zeit die Zeitdauer überschreitet, die bei der Zeitsteuerung t4 endet, wird das Ausgangssignal des Komparators 51 niedrig angesteuert. Das Überspannungsschwellenwertsignal THV wird zu dem Kapazitätsüberschreitungsschwellenwertsignal THC geschaltet.
Das Ausgangssignal des Komparators 53 und das Ausgangssignal des Komparators 51 werden an ein SR-Flip-Flop-Element 56 über ein UND- bzw. AND-Gatter 54 angelegt.
Das SR-Flip-Flop-Element 56 empfängt ein Ausgangssignal des Komparators 53, das durch ein NICHT- bzw. NOT-Gatter 55 invertiert wird, über einen zugehörigen Eingangsanschluss R. Ein Ausgangssignal des SR-Flip-Flop-Elements 56, das durch einen zugehörigen Ausgangsanschluss Q zu übertragen ist, ist ein Entladungsabschaltsignal PD. Üblicherweise ist das Entladungsabschaltsignal PD niedrig. Lediglich wenn die Ladungsspannung Va das Überspannungsschwellenwertsignal THV während einer Zeitdauer von dem Anlegen des Einspritzsignals IF zu der Zeitsteuerung t4 überschreitet, wird das Entladungsabschaltsignal hoch angesteuert. Folglich wird die Tatsache, dass die Ladungsspannung Va übermäßig angestiegen ist, erfahren. Wenn die Ladungsspannung Va abfällt und das Ausgangssignal des Komparators 53 auf niedrig übergeht, wird das Entladungsabschaltsignal PD niedrig angesteuert. Wenn das Entladungsabschaltsignal PD hoch angesteuert wird, schaltet die ECU 22 die Entladung ab. Der Grund, warum die ECU 22 die Entladung abschaltet, ist nachstehend beschrieben.
Andererseits empfängt ein D-Flip-Flop-Element 70 das Einspritzsignal IF, welches durch ein NOT-Gatter 58 invertiert wird, über einen zugehörigen Eingangsanschluss CK. Des Weiteren empfängt das D-Flip-Flop-Element 70 ein Ausgangssignal einer Führungsflankenerfassungsschaltung 59, die die Führungsflanke des Einspritzsignals IF erfasst, über einen zugehörigen Eingangsanschluss CL. Das invertierte Ausgangssignal des SR-Flip-Flop-Elements 56 und das Ausgangssignal des Komparators 53 werden einem AND-Gatter 57 zugeführt, wobei ein Ausgangssignal des AND-Gatters 57 einem Eingangsanschluss D des D-Flip-Flop-Elements 70 zugeführt wird. Folglich wird, solange die Ladungsspannung Va das Kapazitätsüberschreitungsschwellenwertsignal THC bis zu dem Start der Entladung überschreitet, das Signal IJF1 bei der Führungsflanke des Einspritzsignals IF hoch angesteuert. Das Signal IJF1 bleibt hoch, bis das D-Flip-Flop-Element 70 bei der nächsten Führungsflanke des Einspritzsignals IF zurückgesetzt wird. Andererseits kann die Spannung über dem Piezostapel 127A während der Ladung des Piezostapels 127A nicht ansteigen oder die Ladungsspannung Va kann abfallen, um unter das Kapazitätsüberschreitungsschwellenwertsignal THC während einer Ladungshaltezeitdauer zu fallen. Die Ladungshaltezeitdauer ist eine Zeitdauer von dem Augenblick, bei dem das Ladungszeitdauersignal TC niedrig angesteuert wird, beispielsweise t3, bis zu dem Augenblick, bei dem das Einspritzsignal IF niedrig angesteuert wird, beispielsweise t5. In diesem Fall bleibt das Signal IJF1 niedrig. Des Weiteren bleibt das Signal IJF1 niedrig, auch wenn die Spannung über dem Piezostapel 127A eine Überspannung während der Ladung des Piezostapels 127A wird.
In 9 ist ein Schaltungsabschnitt der Steuereinrichtung 212 gezeigt, der ein Anomalie-Verifikationskennzeichen beziehungsweise ein Anomalie-Verifikationsflag IJF2 überträgt. In 10 sind Aktionen, die in dem Schaltungsabschnitt auszuführen sind, angedeutet. Der Schaltungsabschnitt empfängt das Einspritzsignal IF, die Ladungsspannung Va, ein Maskensignal MS, den Ladungsstrom Ib, ein Leitungsstartschwellenwertsignal THS, ein Überstromschwellenwertsignal THI und ein OV-Schwellenwertsignal TH0.
Der Ladungsstrom Ib ist ein Signal, das als eine Spannung bei Punkt b erfasst wird.
Das Maskensignal MS bleibt hoch von der Führungsflanke des Einspritzsignals IF an, das heißt, von dem Start der Ladung des Piezostapels 127A bis zu dem Ende der Aus-Zeitdauer des Ladungsschalters 35, die im Wesentlichen der Anfangs-Ein-Zeitdauer des Ladungsschalters 35 nachfolgt. Eine Schaltung, die das Maskensignal erzeugt, ist nachstehend beschrieben.
Das Leitungsstartschwellenwertsignal THS ist ein Spannungssignal, das mit dem Ladungsstrom Ib verglichen wird, um die Größe des Ladungsstroms zu verifizieren. Das Leitungsstartschwellenwertsignal THS wird auf einen Pegel eingestellt, der ein wenig höher als der Nullpegel ist. Das Leitungsstartschwellenwertsignal THS wird verwendet, um zu überprüfen, ob der Ladungsschalter eingeschaltet ist und der Ladungsstrom beginnt, allmählich anzusteigen.
Das Überstromschwellenwertsignal THI wird verwendet, um zu bestimmen, ob ein Überstrom entlang dem Leitungsweg 33a oder 33b geflossen ist. Das Überstromschwellenwertsignal THI wird auf einen Pegel eingestellt, der eine Verifikation eines Stromes, der zu sehr überschreitet, als einen Strom erlaubt, der während der Anfangs-Ein-Zeitdauer des Ladungsschalters 35 fließt.
Das OV-Schwellenwertsignal TH0 ist ein Spannungssignal, das mit der Ladungsspannung Va verglichen wird, um die Größe der Ladungsspannung zu verifizieren. Das OV-Schwellenwertsignal TH0 wird auf einen Pegel eingestellt, der ein wenig höher als der Nullpegel ist, und wird zur Überprüfung verwendet, ob die Entladung abgeschlossen ist.
Ein Komparator 60 vergleicht das Leitungsstartschwellenwertsignal THS mit dem Ladungsstrom Ib, wobei ein Ausgangssignal des Komparators 60 einem AND-Gatter 70 zugeführt wird. Wenn der Ladungsstrom das Leitungsstartstellenwertsignal überschreitet, wird das Ausgangssignal des Komparators 60 hoch.
Des Weiteren vergleicht ein Komparator 61 den Ladungsstrom Ib mit dem Überstromschwellenwertsignal THI. Ein Ausgangssignal des Komparators 61 wird an ein ODER- bzw. OR-Gatter 65 angelegt. Üblicherweise überschreitet der Ladungsstrom Ib das Überstromschwellenwertsignal THI nicht und das Ausgangssignal des Komparators 61 ist niedrig. Das Einspritzsignal IF wird dem OR-Gatter 65 zusammen mit dem Ausgangssignal des Komparators 61 über ein NICHT-ODER- bzw. NOR-Gatter 64 zugeführt. Während das Einspritzsignal IF hoch bleibt, ist, solange der Ladungsstrom Ib das Überstromschwellenwertsignal THI nicht überschreitet, ein Ausgangssignal des OR-Gatters 65 niedrig. Das Ausgangssignal des OR-Gatters 65 wird einem Eingangsanschluss R eines SR-Flip-Flop-Elements 58 zugeführt.
Das Ausgangssignal des OR-Gatters 65 wird durch ein NOT-Gatter 66 invertiert und einem AND-Gatter 67 zusammen mit dem Ausgangssignal des Komparators 60 zugeführt, das verifiziert, ob das Leitungsstartschwellenwertsignal THS kleiner ist als der Ladungsstrom Ib. Nachdem das Einspritzsignal IF hoch wird, steigt, wenn der Ladungsstrom Ib das Leitungsstartschwellenwertsignal THS überschreitet, ein Ausgangssignal des AND-Gatters 67 an. Ein invertiertes Ausgangssignal des SR-Flip-Flop-Elements 68 wird niedrig angesteuert. Der Zustand des invertierten Ausgangssignals wird beibehalten, bis zumindest das Einspritzsignal IF niedrig angesteuert wird. Wenn der Ladungsstrom Ib bei dem Ende der Aus-Zeitdauer des Ladungsschalters 35 wieder unter das Leitungsstartschwellenwertsignal THS fällt, wird das Ausgangsignal des AND-Gatters 67 wieder niedrig angesteuert.
Nachdem das Einspritzsignal IF niedrig angesteuert ist, werden die Zustände der Eingangsanschlüsse R und S des SR-Flip-Flop-Elements 68 mit dem anderen Eingangssignal des NOR-Gatters 64 bestimmt. Das andere Eingangssignal des NOR-Gatters 64 ist ein Ausgangssignal des Komparators 62, das durch das NOT-Gatter 63 invertiert wird. Der Komparator 62 vergleicht die Ladungsspannung mit dem 0V-Schwellenwertsignal. Wenn die Ladungsspannung Va unter das 0V-Schwellenwertsignal fällt, wird das andere Eingangssignal des NOR-Gatters 64 niedrig angesteuert. Solange die Ladungsspannung Va das 0V-Schwellenwertsignal TH0 überschreitet, sind die Zustände der Eingangsanschlüsse R und S des SR-Flip-Flop-Elements 68 die gleichen wie die, die erreicht werden, bevor ein Ausgangssignal des NOR-Gatters 64 und das Einsspritzsignal IF niedrig angesteuert werden. Wenn die Ladungsspannung Va unter das 0V-Schwellenwertsignal THO fällt, wird das Ausgangsignal des NOR-Gatters 64 hoch angesteuert. Folglich wird der Eingangsanschluss R des SR-Flip-Flop-Elements 68 hoch angesteuert. Dies verursacht, dass das invertiere Ausgangssignal des SR-Flip-Flop-Elements hoch wird.
Das invertierte Ausgangssignal des SR-Flip-Flop-Elements und das Maskensignal MS werden einem OR-Gatter 69 zugeführt. Ein Ausgangssignal des OR-Gatters 69 wird als das Anomalie-Verifikationssignal IJF2 bereitgestellt. Nachdem das Einspritzsignal IF niedrig wird, wird das Anomalie-Verifikationssignal IJF2 bei der Zeitsteuerung, dass die Aufladungsspannung Va unter das 0V-Schwellenwertsignal TH0 fällt, das heißt, der Piezostapel 127A ist im Wesentlichen völlig entladen, hoch angesteuert. In Abhängigkeit von der Entladungsabschlusszeitsteuerung eines Abschlusses der Entladung des Piezostapels 127A kann die Zeitsteuerung zur Veranlassung des Anomalie-Verifikationssignals IJF2, hoch zu werden, verzögern oder beschleunigen.
Wenn der Aufladungsstrom Ib das Leitungsstartschwellenwertsignal THS überschreitet, wird das invertierte Ausgangssignal des SR-Flip-Flop-Elements niedrig angesteuert. Danach kann, wenn der Ladungsstrom Ib weiter ansteigt, der Ladungsstrom Ib das Überstromschwellenwertsignal THI überschreiten. In diesem Fall wird das Ausgangssignal des OR-Gatters 65 hoch und das invertierte Ausgangssignal des SR-Flip-Flop-Elements 68 wird wieder hoch. Nachstehend kann das SR-Flip-Flop-Element 68 als ein Fehlfunktionsverifikations-Flip-Flop-Element 68 bezeichnet werden.
In 11 ist ein Schaltungsabschnitt der Steuereinrichtung 212 gezeigt, die das Maskensignal MS erzeugt. In 12 sind Aktionen, die in dem Schaltungsabschnitt auszuführen sind, angedeutet. Der Schaltungsabschnitt empfängt das Ladungsstromsignal Ib, das Leitungsstartschwellenwertsignal THS und das Einspritzsignal IF.
Ein Komparator 71 vergleicht den Ladungsstrom Ib mit dem Leitungsstartschwellenwertsignal THS. Wenn der Ladungsstrom Ib das Leitungsstartschwellenwertsignal THS überschreitet, wird ein Ausgangssignal des Komparators 71 hoch angesteuert. Das Ausgangssignal des Komparators 71 wird einem AND-Gatter 72 zugeführt. Ein Ausgangssignal des AND-Gatters 72 wird einem Eingangsanschluss CK eines ersten D-Flip-Flop-Elements 73 zugeführt. Das erste D-Flip-Flop-Element 73 und ein zweites D-Flip-Flop-Element 74 bilden einen Zwei-Bit-Zähler. Ein invertiertes Ausgangssignal des zweiten D-Flip-Flop-Elements 72, das ein Bit höherer Ordnung darstellt, ist als das andere Eingangssignal des AND-Gatters 72 bereitgestellt. Das Ausgangssignal des AND-Gatters 72 ist das gleiche wie das Ausgangssignal des Komparators 71, bis der Zählwert 2 wird.
Das invertierte Ausgangssignal des zweiten D-Flip-Flop-Elements 72 und das Einspritzsignal IF werden einem AND-Gatter 75 zugeführt. Ein Ausgangssignal des AND-Gatters 75 wird als das Maskensignal MS bereitgestellt.
Das Einspritzsignal IF wird durch ein NOT-Gatter 76 invertiert und Eingangsanschlüssen CL der D-Flip-Flop-Elemente 73 bzw. 74 zugeführt. Wenn das Einspritzsignal IF ansteigt, werden die D-Flip-Flop-Elemente 73 und 74 zurückgesetzt.
Wenn das Einspritzsignal IF hoch angesteuert wird, nimmt der Ladungsstrom Ib wiederholt allmählich zu und ab. Jedes Mal, wenn der Ladungsstrom Ib das Leitungsstartschwellenwertsignal THS überschreitet, wird dies durch das erste und das zweite D-Flip-Flop-Element 73 und 74 gezählt. Anfangs ist das invertierte Ausgangssignal des zweiten D-Flip-Flop-Elements 74 hoch und das Einspritzsignal ist hoch. Das Maskensignal MS ist folglich anfangs hoch.
Wenn der Ladungsstrom Ib das Leitungsstartschwellenwertsignal THS zum zweiten Mal überschreitet, wird das invertierte Ausgangssignal des zweiten D-Flip-Flop-Elements 74 niedrig angesteuert. Folglich wird das Maskensignal MS niedrig angesteuert.
Da das invertierte Ausgangssignal des zweiten D-Flip-Flop-Elements 75 dem AND-Gatter 72 zugeführt wird, wird das Zählen nicht länger ausgeführt. Das Maskensignal MS wird auf einer festgelegten Grundlage niedrig gehalten.
Das Maskensignal MS bleibt während einer Zeitdauer von der Führungsflanke des Einspritzsignals IF zu dem Augenblick, bei dem der Ladungsstrom Ib das Leitungsstartschwellenwertsignal THS überschreitet, da der Ladungsschalter 35 zum zweiten Mal eingeschaltet wird, hoch. Bis nicht der Ladungsschalter 35 zum zweiten Mal eingeschaltet wird, bleibt das Maskensignal MS hoch, bis das Einspritzsignal IF wieder niedrig angesteuert wird.
Die ECU 22 verifiziert auf der Grundlage der Anomalie-Verifikationssignale IJF1 und IJF2, ob eine Anomalie gefunden worden ist. In 13 sind Aktionen, die in einem normalen Zustand auszuführen sind, angedeutet. In 14, 15, 16 und 17 sind Aktionen, die auszuführen sind, wenn eine Anomalie aufgetreten ist, angedeutet.
Unter Bezugnahme auf 13, die die Aktionen, die in einem normalen Zustand auszuführen sind, andeutet, steigt die Ladungsspannung Va zusammen mit dem Fortschreiten des Ladens des Piezostapels 127A an. Die Ladungsspannung Va erreicht einen geeigneten Spannungspegel, ohne das Überspannungsschwellenwertsignal THV zu überschreiten, und das Laden wird abgeschlossen. Folglich ist ein Spannungspegelverifikationssignal X bei der Zeitsteuerung t4 einer Änderung des anormalen Spannungsverifikationsschwellenwertsignals in das Kapazitätsüberschreitungsschwellenwertsignal THC hoch angesteuert. Das Spannungspegelverifikationssignal X bleibt nach der Zeitsteuerung t5 zum Veranlassen des Einspritzsignals IF, niedrig zu werden, hoch. Das Anomalie-Verifikationssignal IJF1 ist folglich bei der Zeitsteuerung t5 hoch angesteuert.
Demgegenüber wird, wenn das Einspritzsignal IF niedrig angesteuert ist, die Entladung des Piezostapels 127A gestartet. Eine Ladung in dem Piezostapel 127A wird in dem Kondensator 32 gesammelt. Die Ladungsspannung Va fällt ab. Bei der Zeitsteuerung t8 der Ladungsspannung Va, die unter das 0V-Schwellenwertsignal THC fällt, wird der Ausgangsanschluss des Fehlfunktionsverifikations-Flip-Flop-Elements 68 hoch angesteuert. Folglich wird das Anomalie-Verifikationssignal IJF2 hoch angesteuert. Wenn das Anomalie-Verifikationssignal IJF2 einen Niedrig-zu-Hoch-Übergang ausführt, ist die Entladung abgeschlossen.
Ein Bereich von Zeitsteuerungen, die als die Zeitsteuerung t8 betrachtet werden, die kommt, wenn das Laden des Piezostapels 127A und das zugehörige Entladen in geeigneter Weise erreicht sind, wird im Vorfeld gemessen. Somit können die Zeitsteuerung t7, die außerhalb des Bereichs fällt und bei der ein Abschluss des Entladens als zu früh erreicht betrachtet wird, und die Zeitsteuerung t9, die außerhalb des Bereichs fällt und bei der ein Abschluss des Entladens als zu spät erreicht betrachtet wird, bestimmt werden. Ein Entladen des Piezostapels 127A wird gestartet, sobald das Einspritzsignal IF niedrig angesteuert ist. Die Zeitsteuerungen t7 und t9 werden mit der Zeitsteuerung t5 zum Veranlassen des Einspritzsignals, niedrig zu werden, als eine Referenz bestimmt. Die ECU 22 empfängt Temperaturinformationen, wie beispielsweise eine Motoröltemperatur. Die Zeitsteuerungen t7 und t9 können auf der Grundlage der Temperaturinformation bestimmt werden.
Solange das Anomalie-Verifikationssignal IJF2 bei der Zeitsteuerung t7 niedrig ist und bei der Zeitsteuerung t9 hoch ist, verifiziert die ECU 22, dass das Kraftstoffeinspritzsystem normal arbeitet. Wenn das Anomalie-Verifikationssignal bei der Zeitsteuerung t7 hoch ist oder bei der Zeitsteuerung t9 niedrig ist, verifiziert die ECU 22, dass das Kraftstoffeinspritzsystem anormal arbeitet. Unter Bezugnahme auf 13, die Aktionen, die in dem normalen Zustand auszuführen sind, andeutet, ist das Signal IJF2 bei der Zeitsteuerung t7 niedrig und bei der Zeitsteuerung t9 hoch.
Ein anschauliches Beispiel eines Falles, bei dem eine Anomalie auftritt, ist nachstehend beschrieben. In 14 und in 15 ist angedeutet, dass der Ladungsschalter 35 eine Fehlfunktion aufweist und eingeschaltet bleibt, da ein Kurzschluss in dem Ladungs-/ Entladungs-Schaltungsblock 211 oder in einem beliebigen der Piezostapel 127A bis 127D auftritt. In 15 ist ein vergrößertes Diagramm von 14 gezeigt. Wenn das Einspritzsignal IF hoch angesteuert ist, wird der Ladungsschalter 35 zu der Ein-Zeitdauer gebracht. Wenn die Ein-Zeitdauer des Ladungsschalters 35 zu einem Ende kommt, wird ein Steuersignal, das dem Ladungsschalter 35 zuzuführen ist, niedrig angesteuert. Wenn der Ladungsschalter 35 eine Fehlfunktion aufweist und eingeschaltet bleibt, fließt der Ladungsstrom Ib weiter und steigt an. Wenn der Ladungsstrom Ib ein Überstromschwellenwertsignal THI-U überschreitet, wird der Auswahlschalter 37A, der mit dem ersten Zylinder verbunden ist, ausgeschaltet. Auch wenn der Ladungsschalter 35 eine Fehlfunktion aufweist und eingeschaltet bleibt, werden die Leitungswege 33a und 33b von dem Piezostapel 127A getrennt. Die Ladung wird folglich beendet. Bis die Leitungswege getrennt sind, steigt der Ladungsstrom weiter an, wie es durch eine gestrichelte Linie angegeben ist. Dieser Vorgang kann zuverlässig verhindert werden, indem der Auswahlschalter 37A ausgeschaltet wird. Wenn der Auswahlschalter 37A, der mit dem ersten Zylinder verbunden ist, ausgeschaltet wird, werden das zweite und nachfolgende Zuführen eines Steuersignals zu dem Ladungsschalter 35 ausgesetzt.
Wenn der Ladungsstrom Ib das Überstromschwellenwertsignal THI-U überschreitet, wird der Ausgangsanschluss des Fehlfunktionsverifikations-Flip-Flop-Elements 68 hoch angesteuert. Folglich erfährt bei der Zeitsteuerung t7 die ECU 22, dass eine Anomalie, dass ein Überstrom während des Ladens des Piezostapels 127A fließt, aufgetreten ist.
Denkbare Gründe einer Anomalie, dass ein Überstrom fließt, umfassen zusätzlich zu dem Ereignis, dass der Ladungsschalter 35 eine Fehlfunktion aufweist und eingeschaltet bleibt, die Ereignisse, dass ein Kurzschluss in Teilen oder insgesamt in der Induktivität 34 auftritt und dass ein Kurzschluss zwischen den Anschlüssen des Piezostapels 127A auftritt. In jedem Fall kann die Anomalie erfasst werden.
Auch wenn ein Kurzschluss in Teilen in der Induktivität 34 auftritt, steigt die Ladungsspannung Va, die an den Piezostapel 127A anzulegen ist, während der ersten Ein-Zeitdauer des Entladungsschalters 36 nicht sehr hoch an. Es entsteht kein Problem für das Einschalten oder Ausschalten des Entladungsschalters 36, solange in dem Piezostapel 127A verbleibende Spannung in dem Kondensator 32 durch Ausführen der normalen Entladungsaktionen gesammelt wird. Wenn jedoch der Ladungsschalter 35 eine Fehlfunktion aufweist und eingeschaltet bleibt, wird ein geschlossener Stromkreis, der den Kondensator 32, den Ladungsschalter 35, den Entladungsschalter 36, den Widerstand 38c und Masse umfasst, mit dem eingeschalteten Entladungsschalter gebildet. Da der Widerstand 38c eingerichtet ist, um einen Entladungsstrom zu erfassen und einen sehr kleinen Widerstand zu bieten, entsteht ein Kurzschluss zwischen den Anschlüssen des Kondensators 32.
Wenn angenommen sei, dass der Ladungsschalter 35 eine Fehlfunktion aufweist und eingeschaltet bleibt, ist, wenn der Auswahlschalter 37A ausgeschaltet ist, eine Spannung, die bei dem Anschluss der Induktivität 34 auf der Seite des Piezostapels 127A entwickelt wird und bei einem Punkt a erfasst wird, im Wesentlichen gleich zu der Spannung, die über dem Kondensator 32 entwickelt wird. Die Spannung überschreitet das Überspannungsschwellenwertsignal THV. Folglich wird das Entladungsabschaltsignal PD hoch angesteuert, während das Signal IJF1 niedrig bleibt.
Wenn die Steuereinrichtung 212 verifiziert, dass eine Fehlfunktion von einem Kurzschluss herrührt, beendet die Steuereinrichtung 212 das Laden. Zu dieser Zeit schaltet, wenn das Entladungsabschaltsignal PD niedrig ist, die Steuereinrichtung 212 den Entladungsschalter 36 ein oder aus, um in dem Piezostapel 127A verbleibende Ladung in dem Kondensator 32 zu sammeln.
Demgegenüber besteht, wenn das Entladungsabschaltsignal PD hoch ist, eine hohe Wahrscheinlichkeit, dass der Ladungsschalter 35 eine Fehlfunktion aufweisen kann und eingeschaltet bleibt. Die Aktion des Gleichspannungswandlers 31 wird beendet und das Laden von der Batterie 30 zu dem Kondensator 32 wird abgeschaltet. Des Weiteren wird der Notfallentladungsschalter 43 eingeschaltet. Folglich wird ein Strom unter Berücksichtigung einer geeigneten Zeitkonstanten, die in Bezug auf den Widerstand 44 erforderlich ist, begrenzt. Eine Ladung in dem Piezostapel 127A und dem Kondensator 32 wird an Masse abgegeben. Folglich kann das Ereignis, dass Ladung in dem Piezostapel 127A und dem Kondensator 32 in einem Zustand, bei dem ein Anomalie aufgetreten ist, gespeichert gehalten wird, vermieden werden. Des Weiteren wird der Piezostapel 127A geladen, bis der Auswahlschalter 37A ausgeschaltet wird. Der Injektor 1 kann folglich das zugehörige Ventil geöffnet haben, das heißt, ein Kraftstoff kann eingespritzt werden. Dieser Zustand kann unmittelbar aufgehoben werden.
Normalerweise weist der Injektor 1 eine mechanische Ausfallsicherungsfähigkeit auf, indem eine natürliche Leckage eines Kraftstoffs aus der Verschiebungsausdehnungskammer 113 genutzt wird. Der Injektor 1 lässt folglich das zugehörige Ventil nicht für eine verlängerte Zeitdauer geöffnet. Solange eine Kraftstoffeinspritzung ermöglicht werden kann, kann der Notfallentladungsschalter 43 bei einem Reparaturbetrieb oder dergleichen manuell betätigt werden.
Wenn die bei dem Punkt a erfasste Ladungsspannung Va das anormale Spannungsschwellenwertsignal THV oder THC überschreitet, wird das Entladungsabschaltsignal PD hoch angesteuert. In einen normalen Zustand wird, wenn der Ladungsschalter 35 zum zweiten Mal eingeschaltet wird, das Maskensignal MS niedrig angesteuert, wie es in 13 gezeigt ist. In dem normalen Zustand wird, auch wenn die Ladungsspannung Va das anormale Spannungsschwellenwertsignal THV oder THC bei einer beliebigen Zeitsteuerung, die der Zeitsteuerung t4 nachfolgt, überschreitet, das Entladungsabschaltsignal PD nicht hoch angesteuert.
In 16 sind Aktionen, die auszuführen sind, wenn ein Kurzschluss in dem Ladungs-/Entladungs-Schaltungsblock 211 oder dem Piezostapel 127A auftritt, oder genauer gesagt, wenn ein Kurzschluss in einem Teil der piezoelektrischen keramischen Schicht des Piezostapels 127A auftritt, angedeutet. Auch wenn der Piezostapel 127A normal geladen wird, tritt, wenn ein Kurzschluss in einem Teil der piezoelektrischen keramischen Schicht auftritt, Ladung aus dem Piezostapel 127A bei einer beliebigen Zeitsteuerung aus, die der Zeitsteuerung t3 zum Beenden der Ladungsperiode nachfolgt. Folglich fällt die Ladungsspannung allmählich ab.
Eine Ladungsmenge, die in dem Piezostapel 127A bei der Zeitsteuerung t5 zu Starten des Entladens verbleibt, ist kleiner als die in einem normalen Zustand. Die Entladungszeitdauer, während der der Entladungsschalter 36 eingeschaltet oder ausgeschaltet wird, ist ebenso kürzer. Folglich wird das Anomalie-Verifikationssignal IJF2 bei der Zeitsteuerung t7 hoch angesteuert, während das Signal IJF1 niedrig bleibt. Schließlich erfährt die ECU 22, dass der Piezostapel 127A eine Fehlfunktion aufweist.
In 17 sind Aktionen, die auszuführen sind, wenn ein Kurzschluss in dem Ladungs-/Entladungs-Schaltungsblock 211 oder in einem beliebigen der Piezostapel 127A bis 127D auftritt, oder genauer gesagt, wenn ein beliebiger der Auswahlschalter 37A bis 37D eine Fehlfunktion aufweist und eingeschaltet bleibt, angedeutet. Zu dieser Zeit leitet die Vielzahl von Piezostapeln gleichzeitig (nachstehend ist beschrieben, dass zwei Zylinder gleichzeitig leiten). Nachstehend ist eine Beschreibung unter der Annahme gegeben, dass, wenn der mit dem ersten Zylinder verbundene Piezostapel 127A geladen ist, der mit dem zweiten Zylinder verbundene Auswahlschalter 37B eine Fehlfunktion aufweist und eingeschaltet bleibt. Das gleiche trifft bei einer beliebigen anderen Kombination eines Piezostapels und eines Auswahlschalters zu. Wenn zwei Zylinder gleichzeitig leiten, nimmt, da die Kapazität des Piezostapels 127A für den Ladungs-/ Entladungs-Schaltungsblock 211 zu groß ist, eine Ladegeschwindigkeit ab. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, bei dem der Ladungsgrad auf der Grundlage der Länge der Ladungszeitdauer gesteuert wird, fällt die Ladungsspannung Va, die an dem Piezostapel 127A anzulegen ist, nicht in einen vorbestimmten Bereich von Spannungen und wird unzureichend.
Folglich wird der Eingangsanschluss D des D-Flip-Flop-Elements 75 bei der Zeitsteuerung t4 zum Ändern des anormalen Spannungsschwellenwertsignals in das Kapazitätsüberschreitungsschwellenwertsignal THC niedrig angesteuert. Das Anomalie-Verifikationssignal IJF1 bleibt auch nach der Zeitsteuerung t5 zum Veranlassen des Einspritzsignals IF, niedrig zu werden, niedrig. Folglich verifiziert ECU 22, dass zwei Zylinder gleichzeitig geleitet haben. Wenn jedoch die maßgebliche Temperatur eines Motors, wie beispielsweise eine Motoröltemperatur T0, höher ist als ein voreingestellter Schwellenwert, verifiziert die ECU 22 nicht, ob zwei Zylinder gleichzeitig geleitet haben.
Der Grund hierfür ist nachstehend beschrieben. Im Allgemeinen variieren die Kapazitäten von kapazitiven Vorrichtungen, die Piezostapel umfassen, in Abhängigkeit von der Temperatur in großem Umfang. In 18 ist ein Beispiel der Temperaturabhängigkeit der Kapazität eines Piezostapels gezeigt, der in einem Temperaturbereich untersucht worden ist, der für ein Kraftfahrzeug mit einem eingebauten Dieselmotor erfahrungsgemäß vorausgesagt wird. Die bei einer hohen Temperatur erfasste Kapazität ist doppelt oder dreifach höher als die Kapazität bei einer niedrigen Temperatur.
Auch wenn das Anomalie-Verifikationssignal IJF1 niedrig ist, kann nicht verifiziert werden, ob es bedeutet, dass zwei Zylinder gleichzeitig geleitet haben oder dass die Kapazität eines Piezostapels aufgrund eines Temperaturanstiegs angestiegen ist. Wenn die Temperatur höher als ein voreingestellter Schwellenwert ist, ist nicht verifiziert, ob zwei Zylinder gleichzeitig geleitet haben.
Solange eine Einrichtung zur Wärmeabgabe in den Piezostapeln 127A bis 127D beinhaltet ist, so dass die Temperaturumgebung der jeweiligen Piezostapel in einem bestimmten Bereich fällt, kann, wenn das Anomalie-Verifikationssignal IJF1 niedrig ist, vorbehaltlos verifiziert werden, dass zwei Zylinder gleichzeitig geleitet haben.
Im Übrigen gilt, je niedriger die Ladegeschwindigkeit ist, desto niedriger ist eine Entladegeschwindigkeit. Auch wenn die Ladungsspannung Va niedrig ist, ist die Entladungsabschlusszeitsteuerung um nicht sehr viel verzögert. Wie es veranschaulicht ist, ist ein Entladen beinahe bei der gleichen Zeitsteuerung wie die Zeitsteuerung in einem normalen Zustand abgeschlossen. Folglich ändert sich das Anomalie-Verifikationssignal IJF2 nicht von dem, wie es in dem normalen Zustand ist.
Im Übrigen kann die Verifikation, die auf dem Anomalie-Verifikationssignal IJF1 beruht, an eine Verifikation eines Kurzschlusses, der in einem Teil der piezoelektrischen keramischen Schicht eines beliebigen der Piezostapel 127A bis 127D auftritt, angepasst werden. Genauer gesagt kann nach der Zeitsteuerung t4 zum Ändern des anormalen Spannungsschwellenwertsignals in das Kapazitätsüberschreitungsschwellenwertsignal THC die Ladungsspannung Va unter das anormale Spannungsschwellenwertsignal fallen, bevor das Einspritzsignal IF niedrig angesteuert wird. In diesem Fall kann, da das Anomalie-Verifikationssignal IJF1 niedrig bleibt, ein Kurzschluss, der in einem Teil der piezoelektrischen keramischen Schicht eines beliebigen der Piezostapel 127A bis 127D auftritt, in Abhängigkeit davon erfasst werden, welches der anormalen Spannungsschwellenwertsignale auch immer nach der Zeitsteuerung t4 angenommen wird. Der in einem Teil der piezoelektrischen keramischen Schicht eines beliebigen der Piezostapel 127A bis 127D auftretende Kurzschluss kann von einem gleichzeitigen Leiten von zwei Zylindern auf der Grundlage des Anomalie-Verifikationssignal IJF2 unterschieden werden. Wenn nämlich ein Kurzschluss in einem Teil der piezoelektrischen keramischen Schicht eines beliebigen der Piezostapel 127A bis 127D auftritt, ist das Anomalie-Verifikationssignal IJF2 bei der Zeitsteuerung t7 niedrig. Im Gegensatz dazu ist, wenn zwei Zylinder gleichzeitig geleitet haben, das Anomalie-Verifikationssignal IJF2 bei der Zeitsteuerung t7 hoch.
Das vorliegende Ausführungsbeispiel ist unter der Annahme beschrieben worden, dass die Länge der Ein-Zeitdauer des Ladungsschalters 35 festgelegt ist. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Betriebsart begrenzt. Die vorliegende Erfindung kann bei einem Ladungssteuerverfahren angewendet werden, bei dem erfasst wird, ob der Ladungsstrom Ib eine vorbestimmte obere Grenze während der Ein-Zeitdauer des Ladungsschalters erreicht hat, und, wenn der Ladungsstrom Ib die obere Grenze erreicht hat, der Ladungsschalter in die Aus-Zeitdauer gebracht wird.
Zweites Ausführungsbeispiel
In 19 ist eine Piezobetätigungselement-Ansteuerungsschaltung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gezeigt. Das vorliegende Ausführungsbeispiel weist die gleichen Bauelemente wie das erste Ausführungsbeispiel mit Ausnahme der Steuereinrichtung und der ECU auf, wobei versucht wird, eine Kraftstoffeinspritzung mit hoher Genauigkeit zu erreichen. Das vorliegende Ausführungsbeispiel ist mit den gleichen Bezugszeichen, die den Bauelementen zugewiesen sind, die im Wesentlichen identisch zu denjenigen des ersten Ausführungsbeispiel sind, beschrieben. Die Grundkonfigurationen einer Steuereinrichtung 212A und einer ECU 22A sind die gleichen wie diejenigen, die in dem ersten Ausführungsbeispiel beinhaltet sind. In dem Schaltungsabschnitt der Steuereinrichtung 212A wird das Maskensignal MS erzeugt, wie es in 11 gezeigt ist. Das Ausgangssignal des ersten D-Flip-Flop-Elements 73 wird als ein erstes Leitungszeitmesssignal Tone der ECU 22A zugeführt.
Das Ausgangssignal des ersten D-Flip-Flop-Elements 73, das das erste Leitungszeitmesssignal Tone ist, bleibt während einer Zeitdauer von dem Augenblick, bei dem der Ladungsstrom Ib das Leitungsstartschwellenwertsignal THS mit dem eingeschalteten Ladungsschalter 35 zum ersten Mal überschreitet, bis zu dem Augenblick, bei dem der Ladungsstrom Ib das Leitungsstartschwellenwertsignal THS mit dem eingeschalteten Ladungsschalter 35 das zweite Mal überschreitet, hoch. Das Leitungsstartschwellenwertsignal THS weist im Wesentlichen einen Nullpegel auf, wie es vorstehend beschrieben ist, wobei die Impulsdauer des Leitungsstartschwellenwertsignals im Wesentlichen gleich der Summe der Anfangs-Ein-Zeitdauer des Ladungsschalters 35 und der zugehörigen nachfolgenden Aus-Zeitdauer ist.
Das erste Leitungszeitmesssignal Tone weist die nachstehend beschriebenen Eigenschaften auf. Wie es vorstehend beschrieben ist, werden die Piezostapel 127A bis 127D geladen, wobei die Länge der Ein-Zeitdauer des Ladungsschalters 35 festgelegt ist. Die Größe des Ladungsstroms Ib, die während der Ein-Zeitdauer des Ladungsschalters 35 erreichbar ist, wird mit einer Konstanten bestimmt, die spezifisch für den Ladungs-/ Entladungs-Schaltungsblock 211 ist. Unter den mit dem Ladungs-/Entladungs-Schaltungsblock 211 verbundenen Elementen sind die Injektoren 1, die jeweils die Piezostapel 127A bis 127D umfassen, bei einem Motorkopf angebracht und folglich in die schwierigste Temperaturumgebung gebracht. Folglich variieren die Kapazitäten der Piezostapel 127A bis 127D in großem Umfang in Abhängigkeit von der Temperatur.
Wie es in 20 gezeigt ist, gilt, dass je größer der Ladungsstrom Ib ist, der während der Ein-Zeitdauer des Ladungsschalters 35 erreicht wird, desto länger ist die Aus-Zeitdauer. Wenn die Kapazitäten der Piezostapel 127A bis 127D zueinander unterschiedlich sind, variiert das erste Leitungszeitmesssignal Tone. Folglich wird eine Änderung in der Temperatur des Injektors 1 erfahren, indem das erste Leitungszeitmesssignal Tone überprüft wird. In 21 ist ein Beispiel einer Beziehung zwischen der Kapazität des Piezostapels 127 und dem ersten Leitungszeitmesssignal Tone gezeigt.
Die ECU 22A umfasst einen Zeitgeber, der mit einem Zählen bei der Führungsflanke des ersten Leitungszeitmesssignals Tone beginnt. Die Zeit von der Führungsflanke des ersten Leitungszeitmesssignals Tone zu der zugehörigen Rückflanke wird gemessen und als die Impulsdauer des ersten Leitungszeitmesssignals Tone angewendet.
Der Piezostapel 127 ist eines der Bauelemente des Injektors 1. Temperaturinformationen, die auf der Grundlage der Piezostapelkapazität gewonnen werden, spiegeln die Temperatur des Injektors 1 genauer wieder als diejenigen, die auf der Grundlage einer Motoröltemperatur TO oder dergleichen gewonnen werden. Folglich können hochqualitative Temperaturinformationen, die den Injektor betreffen, ohne die Notwendigkeit eines Sensors gewonnen werden.
Die ECU 22A verwendet die Impulsdauer des ersten Leitungszeitmesssignals Tone, die die Temperaturinformationen bereitstellt, um eine Kraftstoffeinspritzzeitsteuerung und eine Einspritzmenge zu korrigieren. Genauer gesagt werden die Zeitsteuerung zum Übertragen des Einspritzsignals IF und die Impulszeitdauer des Einspritzsignals IF auf der Grundlage der Impulsdauer des ersten Leitungszeitmesssignal Tone korrigiert.
Folglich beeinflusst, wenn sich die Widerstände, die durch die bewegbaren Bauelemente einschließlich der Nadel 121 und der Kolben 124 und 125, die in dem Injektor beinhaltet sind, ausgeübt werden, wenn sie gleiten, und die Viskosität eines Kraftstoffs in dem Injektor 1 zusammen mit einer Temperaturänderung ändern, die Änderung nachteilig die Eigenschaften der Kugel 123 und der Nadel 121 bezüglich ihrer Bewegungen. Nichtsdestotrotz erstreckt sich der nachteilige Effekt nicht auf die Kraftstoffeinspritzzeitsteuerung und die Einspritzmenge.
Hierbei wird als ein Index eines Zeitabfolgeprofils die Zeit, die vergangen ist, seit ein vorbestimmter Strom (im Wesentlichen 0 A gemäß dem Ausführungsbeispiel) unmittelbar nach dem Start des Ladens eines beliebigen der Piezostapel 127A bis 127D erreicht ist, gemessen. Das Zeitabfolgeprofil kann folglich einfach aufgezeichnet werden.
Als ein Korrekturgrad kann eine Abbildung für experimentell gewonnene Daten erzeugt werden und in einem ROM gespeichert werden, das in der ECU 22A beinhaltet ist.
Des Weiteren entspricht die Impulsdauer des ersten Leitungszeitmesssignals Tone der Summe der Ein-Zeitdauer des Ladungsschalters 35 und der zugehörigen Aus-Zeitdauer. Alternativ hierzu kann die Impulsdauer alleine der Aus-Zeitdauer entsprechen.
Des Weiteren kann die Piezobetätigungselement-Ansteuerungsschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung nicht nur bei einem Kraftstoffeinspritzsystem angewendet werden, sondern auch bei verschiedenen anderen Systemen.
Obwohl die vorliegende Erfindung in Verbindung mit den zugehörigen bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben ist, ist anzumerken, dass verschiedene Änderungen und Modifikationen für einen Fachmann ersichtlich sind. Derartige Änderungen und Modifikationen sollen als in dem Bereich der vorliegenden Erfindung, wie er durch die beigefügten Patentansprüche definiert ist, beinhaltet verstanden werden.
Wie es vorstehend beschrieben ist, ist eine Stromerfassungseinrichtung (38b) in der Mitte eines Leitungsweges (33a), entlang dem ein jeder von Piezostapeln (127A bis 127D) von einem Kondensator (32) geladen wird, angeschlossen. Wenn ein erfasster Strom einen Schwellenwert überschreitet, verifiziert eine Steuereinrichtung (212), dass eine Fehlfunktion von einem Kurzschluss herrührt. Im Gegensatz zu einer Piezobetätigungselement-Ansteuerungsschaltung eines LC-Resonanztyps, bei der eine gespeicherte Ladung zwischen einem Kondensator und jedem Piezostapel übertragen wird, führt bei einer Piezobetätigungselement-Ansteuerungsschaltung eines Mehrfachschalttyps ein Kurzschluss zu einer kritischen Beschädigung. Da eine von einem Kurzschluss herrührende Fehlfunktion schnell erfasst werden kann, kann die kritische Beschädigung verhindert werden.

Claims

Piezobetätigungselement-Ansteuerungsschaltung mit einem Kondensator (32) zur Speicherung elektrischer Energie für einen Piezostapel (127A bis 127D) zum Ansteuern eines Piezobetätigungselements, einem Leitungsweg, entlang dem eine Ladung zwischen dem Kondensator und dem Piezostapel, wobei einer hiervon als eine Quelle betrachtet wird, über eine Induktivität (34) übertragen wird, wobei er einen ersten Leitungswegtyp (33a), entlang dem ein allmählich ansteigender Strom in die Induktivität während einer Ein-Zeitdauer eines Schaltelements (35, 36), das wiederholt ein- oder ausgeschaltet wird, fließt, und einen zweiten Leitungswegtyp (33b) umfasst, entlang dem ein allmählich abnehmender Strom in die Induktivität während einer Aus-Zeitdauer des Schaltelements fließt, einer Steuereinrichtung (212) zur Steuerung des Schaltelements, um ein Laden und Entladen des Piezostapels einzuleiten, einer Stromerfassungseinrichtung (38b) zur Erfassung eines Stroms, der entlang dem Leitungsweg fließt, und einer Spannungserfassungseinrichtung (381a und 381b) zur Erfassung einer Spannung bei einem masseseitigen Punkt auf dem Leitungsweg, wobei die Steuereinrichtung verifiziert, dass eine Fehlfunktion aufgetreten ist, und dass die Fehlfunktion von einem Kurzschluss herrührt, wenn der durch die Stromerfassungseinrichtung erfasste Strom (Ib) einen voreingestellten Schwellenwert (THI) überschreitet, die Steuereinrichtung ermöglicht, dass Ladung von dem Piezostapel in den Kondensator entlang dem Leitungsweg zu sammeln ist, wenn die durch die Spannungserfassungseinrichtung (381a und 381b) erfasste Spannung (Va) kleiner oder gleich als ein voreingestellter Schwellenwert ist, in dem Fall, dass die Steuereinrichtung verifiziert, dass eine Fehlfunktion von einem Kurzschluss herrührt, und die Steuereinrichtung bestimmt, dass das Schaltelement eine Fehlfunktion aufweist und eingeschaltet bleibt, obwohl das Schaltelement ausgeschaltet wird, und unterbindet, dass Ladung von dem Piezostapel in den Kondensator entlang dem Leitungsweg gesammelt wird, wenn die erfasste Spannung größer oder gleich als ein voreingestellter Schwellenwert ist, in dem Fall, dass die Steuereinrichtung bestimmt, dass eine Fehlfunktion von einem Kurzschluss herrührt, wobei der Piezostapel einer aus einer Vielzahl von Piezostapeln (127A bis 127D) ist, die in der Lage sind, unter gemeinsamer Verwendung des Leitungsweges verbunden zu sein, die Steuereinrichtung in der Lage ist, einen der Piezostapel, die auf dem Leitungsweg zu verbinden sind, aus der Vielzahl von Piezostapeln unter Verwendung eines Auswahlschalters (37A bis 37D), der durch die Steuereinrichtung gesteuert wird, auszuwählen, die Steuereinrichtung (212) den Auswahlschalter ausschaltet, um den Leitungsweg zu unterbrechen, wenn die Steuereinrichtung verifiziert, dass eine Fehlfunktion von einem Kurzschluss herrührt, und der Schwellenwert (THV) für eine erfasste Spannung im Wesentlichen auf eine Spannung eingestellt ist, die bei beiden Anschlüssen des Kondensators entwickelt wird.
Piezobetätigungselement-Ansteuerungsschaltung nach Anspruch 1, wobei ein Notfallentladungsweg, entlang dem eine Ladung in dem Kondensator an Masse abgegeben wird, über die Induktivität gebildet ist, während der Piezostapel umgangen wird, wobei der Notfallentladungsweg einen Notfallentladungsschalter (43) umfasst, der den Notfallentladungsweg herstellt oder unterbricht.
Piezobetätigungselement-Ansteuerungsschaltung nach einem der Ansprüche 1 und 2, wobei der Kondensator unter Verwendung einer Energieversorgung (31) geladen wird, die durch die Steuereinrichtung gesteuert wird, und, wenn die Steuereinrichtung verifiziert, dass eine Fehlfunktion von einem Kurzschluss herrührt, die Steuereinrichtung die Aktion der Energieversorgung beendet.
Piezobetätigungselement-Ansteuerungsschaltung mit einem Kondensator (32) zur Speicherung elektrischer Energie für einen Piezostapel (127A bis 127D) zum Ansteuern eines Piezobetätigungselements, einem Leitungsweg, entlang dem eine Ladung zwischen dem Kondensator und dem Piezostapel, wobei einer hiervon als eine Quelle betrachtet wird, über eine Induktivität (34) übertragen wird, wobei er einen ersten Leitungswegtyp (33a), entlang dem ein allmählich ansteigender Strom in die Induktivität während einer Ein-Zeitdauer eines Schaltelements (35, 36), das wiederholt ein- oder ausgeschaltet wird, fließt, und einen zweiten Leitungswegtyp (33b) umfasst, entlang dem ein allmählich abnehmender Strom in die Induktivität während einer Aus-Zeitdauer des Schaltelements fließt, einer Steuereinrichtung (212) zur Steuerung des Schaltelements, um ein Laden und Entladen des Piezostapels einzuleiten, einer Stromerfassungseinrichtung (38b) zur Erfassung eines Stroms, der entlang dem Leitungsweg fließt, und einer Spannungserfassungseinrichtung (381a und 381b) zur Erfassung einer Spannung bei einem masseseitigen Punkt auf dem Leitungsweg, wobei die Steuereinrichtung verifiziert, dass eine Fehlfunktion aufgetreten ist, und dass die Fehlfunktion von einem Kurzschluss herrührt, wenn der durch die Stromerfassungseinrichtung erfasste Strom (Ib) einen voreingestellten Schwellenwert (THI) überschreitet, die Steuereinrichtung ermöglicht, dass Ladung von dem Piezostapel in den Kondensator entlang dem Leitungsweg zu sammeln ist, wenn die durch die Spannungserfassungseinrichtung (381a und 381b) erfasste Spannung (Va) kleiner oder gleich als ein voreingestellter Schwellenwert ist, in dem Fall, dass die Steuereinrichtung verifiziert, dass eine Fehlfunktion von einem Kurzschluss herrührt, die Steuereinrichtung bestimmt, dass das Schaltelement eine Fehlfunktion aufweist und eingeschaltet bleibt, obwohl das Schaltelement ausgeschaltet wird, und unterbindet, dass Ladung von dem Piezostapel in den Kondensator entlang dem Leitungsweg gesammelt wird, wenn die erfasste Spannung größer oder gleich als ein voreingestellter Schwellenwert ist, in dem Fall, dass die Steuereinrichtung bestimmt, dass eine Fehlfunktion von einem Kurzschluss herrührt, die Spannungserfassungseinrichtung (381a und 381b) eine Spannung erfasst, die bei einem ungeerdeten Anschluss eines Piezostapels entwickelt wird, und die Steuereinrichtung verifiziert, dass der Piezostapel eine Fehlfunktion aufweist, wenn eine Spannung (Va), die während einer Ladungshaltezeitdauer erfasst wird, die dem Abschluss eines Ladens eines Piezostapels nachfolgt, niedriger ist als ein voreingestellter Schwellenwert (THC).
Piezobetätigungselement-Ansteuerungsschaltung mit einem Kondensator (32) zur Speicherung elektrischer Energie für einen Piezostapel (127A bis 127D) zum Ansteuern eines Piezobetätigungselements, einem Leitungsweg, entlang dem eine Ladung zwischen dem Kondensator und dem Piezostapel, wobei einer hiervon als eine Quelle betrachtet wird, über eine Induktivität (34) übertragen wird, wobei er einen ersten Leitungswegtyp (33a), entlang dem ein allmählich ansteigender Strom in die Induktivität während einer Ein-Zeitdauer eines Schaltelements, das wiederholt ein- oder ausgeschaltet wird, fließt, und einen zweiten Leitungswegtyp (33b) umfasst, entlang dem ein allmählich abnehmender Strom in die Induktivität während einer Aus-Zeitdauer des Schaltelements fließt, und einer Steuereinrichtung (212) zur Steuerung des Schaltelements, um ein Laden und Entladen jedes Piezostapels einzuleiten, wobei die Piezobetätigungselement-Ansteuerungsschaltung dadurch gekennzeichnet ist, dass eine Stromerfassungseinrichtung (38b) zur Erfassung eines Stroms, der entlang dem Leitungsweg fließt, beinhaltet ist, die Steuereinrichtung die Zeit (Tone) misst, die vergeht, bis ein vorbestimmter Strom unmittelbar nach dem Start eines Ladens des Piezostapels erfasst ist, und die Steuereinrichtung eine Erfassungseinrichtung zur Erfassung einer Temperatur des Piezostapels oder einer Scheinkapazität des Piezostapels auf der Grundlage der gemessenen Zeit umfasst.
Kraftstoffeinspritzsystem mit einem Injektor (1), der eine Nadel aufweist, die eine Düse öffnet oder schließt, durch die ein Kraftstoff eingespritzt wird, welche durch ein Piezobetätigungselement (127) betätigt wird, und einer Piezobetätigungselement-Ansteuerungsschaltung gemäß Anspruch 1.