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Die vorliegende Erfindung betrifft
ein Kraftstoffeinspritzsystem zur Steuerung der Menge und des Zeitverlaufs
des Kraftstoffeinspritzens im Zylinder einer Brennkraftmaschine
wie einer Dieselbrennkraftmaschine. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung
ein Kraftstoffeinspritzsteuerungssystem, das in der Lage ist, eine
Energieänderungssteuerung zur Änderung
einer Ladungsmenge für
ein Piezoelement eines Piezo-Injektors (Piezo-Einspritzeinrichtung)
durchzuführen.
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Ein Kraftstoffeinspritzsystem der
Common-Rail-Bauart wird in einer Dieselbrennkraftmaschine verwendet.
In den Kraftstoffeinspritzsystem der Common-Rail-Bauart führt eine
Hochdruckversorgungspumpe Hochdruckkraftstoff unter Druck einem
Common-Rail zu, das gemeinsam für
die jeweiligen Zylinder ist. Somit akkumuliert das Common-Rail den Hochdruckkraftstoff.
Der Hochdruckkraftstoff wird den Injektoren der jeweiligen Zylinder aus
dem Common-Rail zugeführt.
Die Injektoren führen
ein Kraftstoffeinspritzen unter der Steuerung einer Maschinensteuerungseinheit
(ECU, engine control unit) durch. Jeder Injektor weist einen Düsenabschnitt
zum Einspritzen des zugeführten
Hochdruckkraftstoffs durch dessen Einspritzöffnung auf. Der Öffnungsgrad
der Einspritzöffnung
wird durch eine Düsennadel
geändert,
die innerhalb des Düsenabschnitts
eingesetzt ist.
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Eine Gegendruckkammer ist beispielsweise derart
gebildet, dass die Gegendruckkammer einer rückwärtigen Endoberfläche der
Düsennadel
zugewandt ist. Der dem Injektor zugeführte Hochdruckkraftstoff wird
in die Gegendruckkammer über
eine Beschränkung
(restriction) eingeführt
und erzeugt einen Gegendruck der Düsennadel.
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Die Düsennadel wird durch Änderung
des Gegendrucks geöffnet
oder geschlossen. Der Gegendruck wird durch eine Gegendruckänderungseinrichtung
geändert.
Die Gegendruckänderungseinrichtung
weist eine Ventilkammer zwischen der Gegendruckkammer und einem
Niedrigdruckdurchlass auf. Die Gegendruckänderungseinrichtung entspannt den
Druck in der Gegendruckkammer zu dem Niedrigdruckdurchlass durch
Bewegung eines Ventilteils, das in der Ventilkammer untergebracht
ist. In letzter Zeit wird ein Piezobetätigungsglied verwendet, das den
piezoelektrischen Effekt von piezoelektrischen Keramiken und dergleichen
ausnutzt, um das Ventilteil anzutreiben.
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Herkömmlicherweise wird in dem Kraftstoffeinspritzsystem
der Common-Rail-Bauart mit einem Piezo-Injektor, der ein Piezobetätigungsglied
und dergleichen verwendet, ein oberer Grenzwert einer Ladespannung,
die an einem Piezostapel angelegt wird, entsprechend den Common-Rail-Druck geändert, um
die Ladungsmenge für
den Piezoteil auf einen erforderlichen minimalen Wert zu steuern.
Ein Verfahren zur Änderung
der Ladungsmenge für
den Piezostapel zwischen zwei Pegeln einer großen Ladungsmenge und einer
kleinen Ladungsmenge ist beispielsweise in der Japanischen Offenlegungsschrift
Nr. 2001-241350 offenbart.
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Jedoch ändert sich in dem herkömmlichen Kraftstoffeinspritzsystem
der Common-Rail-Bauart, dass auf die Verringerung einer Wärmeerzeugung durch
Steuerung der Ladungsenergie zu dem Piezostapel auf einen minimalen
Wert gerichtet ist, die Ladungsmenge für den Piezostapel oder der
obere Grenzwert der an den Piezostapel angelegten Ladungsspannung
wie es durch eine gestrichelte Linie in Teil (b) von 8 gezeigt ist, da die Ladungsenergie
für den
Piezostapel geändert
wird. Die durchgezogene Linie in Teil (a) von 8 zeigt einen Signalverlauf eines Einspritzbefehlsimpulses "IMPULS". Die durchgezogene
Linie in Teil (b) von 8 zeigt einen
Signalverlauf einer Ladungsenergie "Ec" oder die
Ladungsspannung für
den Piezostapel, wenn die Ladungsenergie klein ist. Die gestrichelte
Linie in Teil (b) von 8 zeigt
die Ladungsenergie "Ec" für den Piezostapel,
wenn die Ladungsenergie groß ist.
Die durchgezogene Linie in Teil (c) von 8 zeigt einen Signalverlauf des Ladestroms "Cc", der den Piezostapel
zugeführt
wird, wenn die Ladungsenergie klein ist. Die gestrichelte Linie
in Teil (c) von 8 zeigt
einen Signalverlauf des Ladestroms, der den Piezostapel zugeführt wird,
wenn die Ladungsenergie groß ist.
Die durchgezogene Linie in Teil (d) von 8 zeigt ein Einspritzverhältnis "R", wenn die Ladungsenergie klein ist.
Die gestrichelte Linie in Teil (d) von 8 zeigt das Einspritzverhältnis "R", wenn die Ladungsenergie groß ist. Der
Zeitpunkt ts in 8 zeigt einen Startzeitpunkt des Einspritzens.
Ein Zeitpunkt te in 8 zeigt einen Endzeitpunkt des Einspritzens. Dementsprechend ändert sich
ein Endladungssignalverlauf in Bezug auf die Zeit, falls die Ladungsmenge geändert wird.
Der Endzeitpunkt te des Einspritzens durch
den Piezo-Injektor wird entsprechend der Zeit bestimmt, wenn der
Piezostapel sich um ein beliebiges Ausmaß zusammenzieht. Daher wird
der Endzeitpunkt des Einspritzens von dem Zeitpunkt te zu
einem verzögerten
Zeitpunkt te' geändert,
und eine Einspritzzeitdauer ändert
sich entsprechend der Änderung
einer Endladungszeitdauer. Als Ergebnis weicht die tatsächliche
Menge des Kraftstoffs, die in die Verbrennungskammern der jeweiligen
Zylinder eingespritzt wird, stark von einer Befehleinspritzmenge
ab.
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Neben den Verfahren zur Änderung
der Ladungsmenge für
den Piezostapel in zwei Pegeln gibt es ein anderes Verfahren zur Änderung
der Ladungsgeschwindigkeit der an den Piezostapel angelegten Ladespannung,
wie es in 9 gezeigt
ist. In diesem Fall ändert
sich die Ladungsmenge für
den Piezostapel entsprechend der Änderung in der Ladegeschwindigkeit.
Dementsprechend ändert
sich der Entladesignalverlauf in Bezug auf die Zeit, und der Entladesignalverlauf ändert sich
ebenfalls in Bezug auf die Zeit. Somit wird der Einspritzendzeitverlauf von
dem Zeitpunkt te zu einem vorgeschobenen
Zeitpunkt te' geändert.
Zusätzlich
wird der Einspritzstartzeitverlauf des Piezo-Injektors von dem Zeitpunkt
ts zu einem verzögerten Zeitpunkt ts' geändert. Als
Ergebnis weicht die tatsächliche
Menge des Kraftstoffs, der in die Verbrennungskammern der Zylinder
gespritzt wird, stark von der Befehleinspritzmenge ab. Weiterhin
wird ebenfalls das Emissionsverhalten oder das Fahrbarkeitsverhalten
der Brennkraftmaschine verschlechtert.
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Daher liegt der vorliegenden Erfindung
die Aufgabe zugrunde, eine Abweichung der tatsächlichen Einspritzmenge von
einer Befehleinspritzmenge durch Korrektur einer Einspritzzeitdauer
oder eines Einspritzstartzeitpunkts entsprechend einem oberen Grenzwert
der Ladespannung oder Ladegeschwindigkeit für einen Piezostapel während einer Energieänderungssteuerung
zur Änderung
einer Ladungsmenge für
das Piezoelement eines Piezo-Injektors zu verringern. Auf diese
Weise könnte
eine Verschlechterung des Emissionsverhaltens oder des Fahrbarkeitsverhaltens
einer Brennkraftmaschine verhindert werden.
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Diese Aufgabe wird durch ein Kraftstoffeinspritzsystem
gelöst,
wie es in Patentanspruch 1 oder Patentanspruch 4 dargelegt ist.
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Gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden
Erfindung ändert
eine Ladungsmengenänderungseinrichtung
einen oberen Grenzwert einer an einem Piezoelement eines Piezo-Injektors angelegten
Ladespannung entsprechend einem durch eine Kraftstoffdruckerfassungseinrichtung
erfassten Kraftstoffdruck. Dann wird eine Befehlseinspritzdauer (bzw.
-periode) zumindest auf der Grundlage einer Befehlseinspritzmenge
und dem durch die Ladungsmengenänderungseinrichtung
geänderten
oberen Grenzwert der an das Piezoelement angelegten Ladespannung
berechnet. Die Befehleinspritzmenge wird entsprechend einem Betriebszustand
oder einer Betriebsbedingung der Brennkraftmaschine eingestellt.
Somit verringert sich eine Änderung
in der Entladezeitdauer des Piezoelements von einem Endzeitpunkt
der Befehlseinspritzzeitdauer bis zu einem anderen Zeitpunkt, zu
dem das Piezoelement sich zu einem beliebigen Ausmaß zusammenzieht,
selbst falls eine Energieänderungssteuerung
zur Änderung
der Ladungsmenge für
das Piezoelement durchgeführt wird.
Genauer kann, selbst falls der obere Grenzwert der an das Piezoelement
angelegten Ladespannung entsprechend dem Kraftstoffdruck geändert wird,
die Änderung
des Zeitverlaufs (Zeitpunkts), wenn das Piezoelement sich um ein
beliebiges Ausmaß zusammenzieht,
des Schließzeitverlaufs
(Schließzeitpunkts)
eines Düsenabschnitts
oder eines Einspritzendzeitpunkts (Einspritzendzeitverlaufs) des
Piezo-Injektors verringert werden. Somit kann eine Abweichung der
tatsächlichen
Einspritzmenge des in die Brennkraftmaschine eingespritzten Kraftstoffs von
der Befehlseinspritzmenge verringert werden.
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Gemäß einer anderen Ausgestaltung
der vorliegenden Erfindung ändert
die Ladungsmengenänderungseinrichtung
eine Ladegeschwindigkeit oder einen oberen Grenzwert der Ladespannung
für ein
Piezoelement eines Piezo-Injektors entsprechend dem durch eine Kraftstoffdruckerfassungseinrichtung
erfassten Kraftstoffdruck. Dann wird eine Befehlseinspritzzeitdauer
(-periode) zumindest auf der Grundlage einer Befehlseinspritzmenge
berechnet, die entsprechend einem Betriebszustand oder einer Betriebsbedingung
einer Brennkraftmaschine eingestellt ist, und der Ladegeschwindigkeit
oder dem oberen Grenzwert der Ladespannung, die durch die Ladungsmengenänderungseinrichtung
geändert wird.
Dann wird der Befehlseinspritzzeitverlauf zumindest auf der Grundlage
des Betriebszustands oder der Betriebsbedingung der Brennkraftmaschine und
der Ladegeschwindigkeit oder dem durch die Ladungsmengenänderungseinrichtung
geänderten oberen
Grenzwert der Ladespannung berechnet. Somit wird, selbst falls eine
Energieänderungssteuerung
zur Änderung
einer Ladungsmenge für
das Piezoelement des Piezo-Injektors durchgeführt wird, eine Änderung
einer Ladungszeitdauer des Piezoelements von einem Startzeitpunkt
der Befehlseinspritzzeitdauer zu dem Zeitpunkt, wenn das Piezoelement sich
um ein beliebiges Ausmaß ausdehnt,
verringert. Dabei wird eine Änderung
in einer Entladungszeitdauer des Piezoelements von einem Endzeitpunkt der
Befehlseinspritzzeitdauer bis zu einem Zeitpunkt, wenn das Piezoelement
sich um ein beliebiges Ausmaß zusammenzieht,
verringert. Genauer kann, selbst falls die Ladegeschwindigkeit und
der obere Grenzwert der Ladespannung für das Piezoelement entsprechend
den Kraftstoffdruck geändert
wird, eine Änderung
des Ventilöffnungszeitverlaufs
eines Düsenabschnitts
oder eines Einspritzstartzeitverlaufs (Einspritzstartzeitpunkts)
des Piezo-Injektors verringert werden. Zusätzlich kann eine Änderung
des Zeitverlaufs (Zeitpunkts), wenn das Piezoelement sich um ein
beliebiges Ausmaß zusammenzieht,
des Ventilschließzeitverlaufs
(Ventilschließzeitpunkts)
des Düsenabschnitts
oder eines Einspritzendzeitverlaufs (Einspritzendzeitpunkts) des
Piezo-Injektors verringert werden. Somit kann eine Verschlechterung
des Emissionsverhaltens oder des Fahrbarkeitsverhaltens der Brennkraftmaschine
verhindert werden.
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Die Erfindung ist nachstehend unter
Bezugnahme auf die Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben.
Es zeigen:
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1 eine
Querschnittsdarstellung eines Piezo-Injektors gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung,
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2A eine
schematische Darstellung eines Kraftstoffeinspritzsystems der Common-Rail-Bauart gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel,
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2B eine
Darstellung eines wesentlichen Teils des Piezo-Injektors gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel,
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3 ein
Blockschaltbild einer Maschinensteuerungseinheit gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel,
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4 ein
Flussdiagramm eines Verfahrens zur Steuerung einer Einspritzzeitdauer
(Einspritzperiode) und eines Einspritzzeitverlaufs des Piezo-Injektors
gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel,
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5 ein
Flussdiagramm eines Verfahrens zur Steuerung einer Einspritzzeitdauer
und eines Einspritzzeitverlaufs eines Piezo-Injektors gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung,
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6 ein
Flussdiagramm eines Verfahrens zur Steuerung einer Einspritzzeitdauer
und eines Einspritzzeitverlaufs eines Piezo-Injektors gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung,
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7 ein
Flussdiagramm eines Verfahrens zur Steuerung einer Einspritzzeitdauer
und eines Einspritzzeitverlaufs eines Piezo-Injektors gemäß einem
vierten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung,
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8 Zeitverläufe, die
Verhalten eines Einspritzbefehlsimpulses zu einer EDU, einer Sollenergie
für einen
Piezostapel, eines Ladestroms für
den Piezostapel und eines Einspritzverhältnisses gemäß dem Stand
der Technik veranschaulichen, und
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9 Zeitverläufe, die
Verhalten eines Einspritzbefehlsimpulses zu einer EDU, einer Sollenergie
für einen
Piezostapel, eines Ladestroms für
den Piezostapel und eines Einspritzverhältnisses gemäß dem Stand
der Technik veranschaulichen.
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Erstes Ausführungsbeispiel
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Unter Bezugnahme auf 2A ist ein Kraftstoffeinspritzsystem
der Common-Rail-Bauart mit einem Piezo-Injektor (Piezoeinspritzeinrichtung) 2 gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
beschrieben.
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Ein Piezoelement (Piezostapel) 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel
ist in einem Stabteil 3 des Piezo-Injektors 2 untergebracht,
wie es in 1 dargestellt
ist. Der Piezo-Injektor 2 ist an jedem Zylinder einer Brennkraftmaschine
wie einer Dieselbrennkraftmaschine mit mehreren Zylindern angebracht. Somit
dient das Piezoelement 1 als Piezobetätigungsglied zum Schalten zwischen
einem Durchführungszustand
und einem Stoppzustand der Kraftstoffeinspritzung. Der Piezostapel 1 weist
eine geschichtete Struktur auf, in der eine Vielzahl von Piezoplatten mit
Elektroden in einer vertikalen Richtung gemäß 1 gestapelt ist. Der Piezostapel 1 zieht
sich auseinander (expandiert), wenn er geladen wird, und zieht sich
zusammen (kontrahiert) wenn er entladen wird.
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Der Piezo-Injektor 2, in
dem der Piezostapel 1 angebracht ist, wird bei einem Kraftstoffeinspritzsystem
der Common-Rail-Bauart
beispielsweise angewendet. Das Kraftstoffeinspritzsystem der Common-Rail-Bauart
weist die Vielzahl von Piezo-Injektoren 2, eine Versorgungspumpe 5,
ein Common-Rail 6 und eine Maschinensteuerungseinheit (ECU,
engine control unit) 10 auf. Die Injektoren 2 sind
an den jeweiligen der Brennkraftmaschine angebracht. Die Versorgungspumpe 5 setzt
den aus einem Kraftstofftank 4 entnommenen Kraftstoff unter
Druck und transportiert den Hochdruckkraftstoff unter Druck. Das
Common-Rail 6 akkumuliert den aus der Versorgungspumpe 5 ausgestoßenen Hochdruckkraftstoff. Die
ECU 10 steuert elektronisch die Versorgungspumpe 5 und
die Piezostapel 1 der Vielzahl der Piezo-Injektoren 2.
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Die Versorgungspumpe 5 ist
eine Hochdruckversorgungspumpe, die den aus dem Kraftstoffstrang 4 durch
eine Zufuhrpumpe (einer Niedrigdruckzufuhrpumpe) entnommenen Kraftstoff
unter Druck setzt und den Hochdruckkraftstoff in das Common-Rail 6 aus
einer Ausstoßöffnung ausstößt. Ein Ansaugsteuerungsventil 7 ist
an einen Kraftstoffdurchlass angeordnet, der von dem Kraftstofftank 4 zu
einer Druckkammer der Versorgungspumpe 5 führt. Das
Ansaugsteuerungsventil 7 regelt einen Öffnungsgrad des Kraftstoffdurchlasses.
Das Ansaugsteuerungsventil 7 wird elektrisch auf der Grundlage eines
aus der ECU 10 ausgegebenen Pumpenansteuerungssignals gesteuert,
um die Ansaugmengen des in die Kraftstoffkammer der Versorgungspumpe 5 hineingezogenen
Kraftstoffes zu steuern. Somit ändert
das Ansaugsteuerungsventil 7 den Common-Rail-Druck oder
den Einspritzdruck des aus den Piezo-Injektoren 2 der jeweiligen
Zylindern in die jeweiligen Zylinder der Brennkraftmaschine eingespritzten
Kraftstoffes.
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Es ist erforderlich, dass das Common-Rail 6 kontinuierlich
den Kraftstoff mit hohem Druck entsprechend dem Kraftstoffeinspritzdruck
akkumuliert. Daher ist das Common-Rail 6 mit der Ausstoßöffnung der
Versorgungspumpe 5 über
eine Kraftstoffversorgungsleitung 71 verbunden. Das Common-Rail 6 ist mit
Rohrverbindungsabschnitten der Piezo-Injektoren 2 der jeweiligen
Zylinder über
Kraftstoffversorgungsleitungen 72 verbunden. Der aus dem
Common-Rail 6 den Piezo-Injektoren 2 zugeführte Kraftstoff
wird den jeweiligen Zylindern zugeführt und wird zusätzlich als
Hydraulikdruckfluid zur Steuerung der Piezo-Injektoren 2 verwendet.
Der als Hydraulikdruckfluid verwendete Kraftstoff wird zu den Kraftstofftank 4 über Niedrigdruckabflussleitungen 73 aus den
Piezo-Injektoren 2 zurückgeführt.
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Nachstehend ist die Struktur des
Piezo-Injektors 2 gemäß dem Ausführungsbeispiel
unter Bezugnahme auf 1, 2A und 2B beschrieben. Die Vielzahl der Piezo-Injektoren 2 wird
elektronisch auf der Grundlage von Steuerungssignalen gesteuert, die
aus der ECU 10 über
eine Injektoransteuerungsschaltung (EDU) 9 ausgegeben werden.
Somit spritzen die Injektoren 2 den Kraftstoff über Einspritzöffnungen 22 zu
einem erforderlichen Zeitverlauf und für eine erforderliche Zeitdauer
(Periode) in die jeweiligen Zylinder mit dem Einspritzdruck ein,
der gleich dem Kraftstoffdruck in den Common-Rail 6 (dem Common-Rail-Druck)
ist .
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Der Piezo-Injektor 2 weist
das Stabteil 3 auf, das ein Gehäuse wie einen Düsenkörper oder
eine Düsenhalteeinrichtung
bereitstellt. Ein unteres Ende des Piezo-Injektors 2 gemäß 1 dringt in eine Verbrennungskammer
jedes Zylinders der Brennkraftmaschine ein, so dass ein Spitzenende
des Piezo-Injektors 2 in die Verbrennungskammer vorspringt.
Der Piezo-Injektor 2 weist einen Düsenabschnitt 11, einen
Gegendrucksteuerungsabschnitt 12 und ein Piezobetätigungsglied
(Piezoantriebsabschnitt) 13 in dieser Reihenfolge von unten
nach oben gemäß der Darstellung
in 1 auf.
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Der Düsenabschnitt 11 weist
einen Düsenkörper, der
an dem unteren Ende des Stabteils 3 gemäß 1 angeordnet ist, und eine Düsennadel 14 auf.
Der Abschnitt mit großem
Durchmesser 15, der an dem oberen Ende der Düsennadel 14 gemäß 1 geformt ist, wird gleitfähig in den
Düsenkörper gehalten.
Die Einspritzöffnungen 22 zum Einspritzen des
Kraftstoffs in die Verbrennungskammer der Brennkraftmaschinen sind
an einem unteren Ende des Düsenkörpers gemäß 1 gebildet. Die Einspritzöffnungen 22 dringen
durch eine Wand durch, die einen Behälterabschnitt (Sackabschnitt,
sack portion) 21 bildet. Ein ringförmiger Kraftstoffsumpf (fuel sump) 23 ist
um einen Abschnitt mit kleinen Durchmesser 16 der Düsennadel 14 geformt.
Der Kraftstoffsumpf 23 kommuniziert invariabel mit einem Hochdruckdurchlass 24 und
wird invariabel mit dem Hochdruckkraftstoff aus dem Common-Rail 6 über die
Kraftstoffversorgungsleitung 72 versorgt.
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Die Düsennadel 14 unterbricht
die Kommunikation zwischen dem Kraftstoffsumpf 23 und dem
Behälterabschnitt 21,
falls ein konischer Abschnitt 17, der an einem spitzen
Ende der Düsennadel 14 geformt
ist, sich auf einem ringförmigen
Sitzabschnitt des Düsenkörpers setzt.
Somit wird das Kraftstoffeinspritzen aus den Einspritzöffnungen 22 unterbunden. Falls
der konische Abschnitt 17 der Düsennadel 14 sich von
den ringförmigen
Sitzabschnitt trennt, werden der Kraftstoffsumpf 23 und
der Behälterabschnitt 21 verbunden.
Somit wird der Kraftstoff aus den Einspritzöffnungen 22 eingespritzt.
Der in den Kraftstoffsumpf 23 aus dem Common-Rail 6 über die Kraftstoffversorgungsleitung 72 und
dem Hochdruckdurchlass 24 zugeführte Hochdruckkraftstoff wirkt
auf eine gestufte Oberfläche
zwischen dem Abschnitt mit großem
Durchmesser 15 und dem Abschnitt mit kleinem Durchmesser 16 und
auf eine konische Oberfläche
des konischen Abschnitts 17 aufwärts gemäß 1. Somit hebt der Hochdruckkraftstoff
die Düsennadel 17 in
einer Ventilöffnungsrichtung
an.
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Der Hochdruckkraftstoff wird in eine
Gegendruckkammer 25 über
den Abschnitt mit großem Durchmesser 15 der
Düsennadel 14 über den
Hochdruckdurchlass 24 und einer Einströmöffnung 26 eingeführt. Der
in die Gegendruckkammer 25 aus dem Common-Rail 6 über die
Kraftstoffversorgungsleitung 72, den Hochdruckdurchlass 24 und
die Einströmöffnung 26 eingeführte Hochdruckkraftstoff wirkt
auf die obere Endoberfläche
des Abschnitts mit großem
Durchmesser 15 der Düsennadel 14 gemäß der Darstellung
in 1 abwärts gerichtet
ein. Somit drücken
der Hochdruckkraftstoff und eine in der Gegendruckkammer 25 untergebrachte
Feder 29 die Düsennadel 14 in
eine Ventilschließrichtung
herunter. Die Feder 29 ist eine Nadelvorspanneinrichtung zum
Vorspannen der Düsennadel 14 in
die Ventilschließrichtung.
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Die Gegendruckkammer 25 kommuniziert
invariabel mit einer Ventilkammer 30 des Gegendrucksteuerungsabschnitts 12 über eine
Ausströmöffnung 27.
Eine Deckenoberfläche
der Ventilkammer 30 ist konisch geformt, wie es in 2B dargestellt ist. Die Ventilkammer 30 kommuniziert
mit einem Niedrigdruckdurchlass 33 über eine kleine Öffnung 31,
die an der Oberseite der Deckenoberfläche vorgesehen ist, und einem
ringförmigen
Freiraum 32, der um einen Kolben 42 vorgesehen
ist. Der Niedrigdruckdurchlass 33 kommuniziert mit der
Abflussleitung 73. Ein Hochdrucksteuerungsdurchlass 34,
der mit dem Hochdruckdurchlass 24 kommuniziert, ist an
einer unteren Oberfläche
der Ventilkammer 30 derart vorgesehen, dass eine Öffnung des
Hochdrucksteuerungsdurchlasses 34 der kleinen Öffnung 31 zugewandt
ist.
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Ein Kugelventil 35 ist in
der Ventilkammer 30 angeordnet. Ein unteres Ende des Kugelventils 35 ist gemäß 2B horizontal abgeschnitten.
Das Kugelventil 35 ist ein Ventilteil, das gemäß der Darstellung von 2B aufwärts und abwärts sich bewegen kann. Wenn
das Kugelventil 35 sich nach unten bewegt, setzt sich die
abgeschnittene Oberfläche
auf eine untere Oberfläche
(einem hochdruckseitigen Ventilsitz, einem hochdruckseitigen Sitz) 30a der Ventilkammer 30 und
unterbricht die Kommunikation zwischen der Ventilkammer 30 und
dem Hochdrucksteuerungsdurchlass 34. Wenn das Kugelventil 35 sich
nach oben bewegt, setzt sich das Kugelventil 35 an die
Deckenoberfläche
(einem niedrigdruckseitigen Ventilsitz, einem niedrigdruckseitigen
Sitz) 30b und unterbricht die Kommunikation zwischen der Ventilkammer 30 und
dem ringförmigen
Raum 32.
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Somit kommuniziert, falls das Kugelventil 35 sich
nach unten bewegt und die Kommunikation zwischen der Ventilkammer 30 und
dem Hochdrucksteuerungsdurchlass 34 unterbricht, die Gegendruckkammer 25 mit
der Abflussleitung 73 über
die Ventilkammer 30, dem ringförmigen Raum 32 und
dem Niedrigdruckdurchlass 33. Als Ergebnis verringert sich
der Druck in der Gegendruckkammer 25, und die Düsennadel 14 trennt
sich von einem Ventilsitz.
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Falls demgegenüber das Kugelventil 35 sich nach
oben bewegt und die Kommunikation zwischen der Ventilkammer 30 und
dem ringförmigen
Freiraum 32 unterbricht, wird die Kommunikation zwischen
der Gegendruckkammer 25 und dem ringförmigen Freiraum 32 unterbrochen,
und kommuniziert die Gegendruckkammer 25 lediglich mit
dem Hochdruckdurchlass 24 über die Einströmöffnung 26.
Als Ergebnis steigt der Gegendruck der Düsennadel 14 an und setzt
sich die Düsennadel 14 auf
den Ventilsitz.
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Das Piezobetätigungsglied 13 drückt das
Kugelventil 35 um die Ausdehnung des Piezostapels 1 nach
unten. Das Piezobetätigungsglied 13 weist
den Kolben 42, der gleitfähig in einer über den
ringförmigen 32 gebildeten
länglichen Öffnung 41 gehalten wird,
und den Piezostapel 1 auf, der über den Kolben 42 angeordnet
ist, wie es in 1 dargestellt
ist. In dem Piezostapel 1 ist die Vielzahl der Piezoplatten gestapelt.
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Ein Abschnitt mit großem Durchmesser
des Kolbens 42 wird gegen den Piezostapel 1 durch
eine Tellerfeder (dish spring) 43 gedrückt, die um einen Abschnitt
mit kleinem Durchmesser des Kolbens 42 angeordnet ist.
Der Kolben 42 bewegt sich in der Darstellung gemäß 1 aufwärts oder abwärts um das Ausmaß des sich
Ausdehnungs- oder des sich Zusammenziehens des geschichteten Piezostapels 1.
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Wenn der Piezostapel 1 sich
in einem Endladungszustand zusammenzieht, berührt ein Druckstift, der mit
dem unteren Ende des Kolbens 42 gemäß 1 einstöckig ausgeführt ist, das Kugelventil 35 ohne
Druck, bzw. es wird ein kleiner Spalt zwischen dem Druckstift und
dem Kugelventil 35 gebildet.
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Wenn das Kraftstoffeinspritzen gestartet wird,
wird der Piezostapel 1 geladen und dehnt sich aus. Dann
bewegt sich der Kolben 42 abwärts und drückt das Kugelventil 35 hinunter.
Dementsprechend verringert sich der Druck in der Gegendruckkammer 25.
Somit trennt sich die Düsennadel 14 von dem
Ventilsitz und das Kraftstoffeinspritzen wird gestartet.
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Wenn das Kraftstoffeinspritzen gestartet wird,
wird zunächst
der Piezostapel 1 entladen und zieht sich zusammen. Dann
bewegt sich der Kolben 42 aufwärts und stoppt das Herunterdrücken des
Kugelventils 35. Da auf das Kugelventil 35 eine
aufwärts gerichtete
Kraft (F) durch den Hochdruckkraftstoff aus dem Hochdrucksteuerungsdurchlass 34 einwirkt, wie
es in 2B gezeigt ist,
steigt das Kugelventil 35 auf und unterbricht die Kommunikation
zwischen der Ventilkammer 30 und dem ringförmigen Freiraum 32. Dementsprechend
steigt der Druck in der Gegendruckkammer 25 an. Als Ergebnis
setzt sich die Düsennadel 14 auf
den Ventilsitz und wird das Kraftstoffeinspritzen gestoppt.
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Der Hochdruckkraftstoff in der Ventilkammer 30 wirkt
auf eine Druckempfangsoberfläche
des Kugelventils 35 mit einer Fläche entsprechend zu der des
niedrigdruckseitigen Sitzes 30b ein. Somit setzt sich das
Kugelventil 35 auf den niedrigdruckseitigen Sitz 30b.
Falls demgegenüber
der Piezostapel 1 durch die EDU 9 geladen wird,
drückt
der Piezostapel 1 den Kolben 42 herunter und bewirkt,
dass das Kugelventil 35 sich auf den hochdruckseitigen
Sitz 30a setzt.
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Die ECU 10 weist einen Mikrocomputer
auf, der einen allgemeinen bekannten Aufbau und Funktionen aufweist,
wie eine CPU zur Durchführung
von Steuerungsverarbeitung und Berechnungsverarbeitung, ein ROM
(Festspeicher) zum Speichern verschiedener Programme und Daten,
ein RAM (wahlfreiem Speicher), eine Eingangsschaltung, eine Ausgangsschaltung,
eine Leistungsschaltung, eine Pumpenansteuerungsschaltung und dergleichen,
wie es in 3 dargestellt
ist. Sensorsignale aus verschiedenen Sensoren werden dem Mikrocomputer
zugeführt,
nachdem die Sensorsignale von analogen Signalen in digitale Signale
durch einen A/D-Wandler umgewandelt worden sind.
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Die ECU 10 empfängt ein
Rotationswinkelsignal aus einem Kurbelwellenwinkelsensor 61.
Der Kurbelwellenwinkelsensor 61 gibt eine Vielzahl von NE-Signalimpulsen
aus, während
ein Signalrotor sich einmal dreht oder während eine Kurbelwelle sich
einmal dreht. Die ECU 10 misst eine Maschinendrehzahl (NE)
durch Messen von Zeitintervallen der NE-Signalimpulsen. Zusätzlich empfängt die
ECU 10 Sensorsignale aus einem Beschleunigungspositionssensor 62 zur
Erfassung eines Betätigungsausmaßes eines Beschleunigungspedals
(Fahrpedals) (einer Beschleunigungsposition: ACCP), einem Kühlwassertemperatursensor 63 zur
Erfassung einer Maschinenkühlwassertemperatur
(THW), einem Kraftstofftemperatursensor 64 zur Erfassung
der Temperatur (THF) des in den Kraftstoffdurchlass fließenden Kraftstoffes,
der von den Kraftstofftank 4 zu der Druckkammer der Versorgungspumpe 5 führt, einem Common-Rail-Drucksensor
(einem Kraftstoffdrucksensor, Kraftstoffdruckerfassungseinrichtung) 65 zur Erfassung
des Kraftstoffdrucks in den Common-Rail 6 (des Common-Rail-Drucks: Pc)
und dergleichen.
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Die ECU 10 berechnet eine
Kraftstoffeinspritzmenge (QFIN), einen Befehlseinspritzzeitverlauf
(TFIN) und eine Befehlseinspritzzeitdauer (Tq) auf der Grundlage
eines Betriebszustands oder einer Betriebsbedingung der Brennkraftmaschine
und führt der
EDU 9 einen Einspritzbefehlsimpuls zu. Genauer weist die
ECU 10 eine Grundeinspritzmengenbestimmungseinrichtung,
eine Befehlseinspritzmengenbestimmungseinrichtung, eine Einspritzzeitverlaufbestimmungseinrichtung,
eine Einspritzzeitdauerbestimmungseinrichtung und eine Injektoreinsteuerungseinrichtung
auf. Die Grundeinspritzmengenbestimmungseinrichtung berechnet eine
optimale Grundeinspritzmenge (Q) entsprechend der Maschinendrehzahl
NE und der Beschleunigungsposition ACCP auf der Grundlage eines
Kennfeldes, das vorab durch Messung über Versuche und dergleichen erstellt
worden ist. Die Befehlseinspritzmengenbestimmungseinrichtung berechnet
die Befehlseinspritzmenge QFIN durch Verändern (tempering) der Grundeinspritzmenge
Q mit einem Einspritzmengenkorrekturwert entsprechend der Maschinenkühlwassertemperatur
THW, der Kraftstofftemperatur THF und dergleichen. Die Einspritzzeitverlaufsbestimmungseinrichtung
berechnet einen Grundeinspritzzeitverlauf (Ts) entsprechend der
Maschinendrehzahl NE und der Befehlseinspritzmenge QFIN. Die Einspritzzeitdauerbestimmungseinrichtung
berechnet eine Grundeinspritzzeitdauer (einen Einspritzmengenbefehlswert:
Tq) entsprechend der Befehlseinspritzmenge QFIN und den Common-Raildruch
Pc auf der Grundlage eines Kennfeldes, das vorab durch Messung über Versuche
und dergleichen erstellt worden ist. Die Injektoransteuerungseinrichtung
steuert den Piezostapel 1 des Piezo-Injektors 2 durch
Zuführen
eines Einspritzeinsteuerungsstroms (eines Einspritzmengenbefehlswerts,
eines Einspritzbefehlsimpulses) in der Form eines Impulses für die EDU 9 an.
Zusätzlich
kann die ECU 10 eine Einspritzzeitverlaufskorrektureinrichtung
zur Korrektur des Grundeinspritzzeitverlaufs Ts zu einem korrigierten
Einspritzstartzeitverlauf (korrigierten Einspritzstartzeitpunkt)
(Befehlseinspritzzeitverlauf: TFIN) und einer Einspritzzeitdauerkorrektureinrichtung
zur Korrektur der Grundeinspritzzeitdauer Tq zu einer korrigierten
Einspritzzeitdauer (einer Befehlseinspritzzeitdauer: TQFIN) aufweisen.
Der Einspritzmengenbefehlswert ist eine Einspritzbefehlsimpulslänge, eine
Einspritzbefehlsimpulsbreite oder eine Einspritzbefehlsimpulszeitdauer
(Einspritzbefehlsimpulsdauer).
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Die ECU 10 regelt (regelt
durch Rückkopplung)
das Ansaugsteuerungsventil 7 derart, dass der durch den
Common-Rail-Drucksensor 65 erfasste Common-Rail-Druck Pc
allgemein mit einem Soll-Common-Rail-Druck (PFIN) übereinstimmt,
der entsprechend dem Betriebszustand oder der Betriebsbedingung
der Brennkraftmaschine bestimmt ist.
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Die EDU 9 weist einen allgemeinen
Aufbau zur Ansteuerung des Piezostapels 1 auf, der in den Piezo-Injektor 2 angebracht
ist. Die EDU 9 besteht aus einer Gleichspannungswandlerschaltung,
einer Induktivität
zur Begrenzung des Ladestroms oder Entladestroms des Piezostapels 1,
einer Schaltschaltung zur Steuerung des Flusses elektrischer Ladung an
dem Piezostapel 1 oder dergleichen auf. Die ECU 10 kann
die Einstellung der Ladung und Entladung des Piezostapels 1 ausführen, oder
kann eine Ladungsmenge des Piezostapels 1 durch Steuerung der
Schaltschaltung einstellen. Die ECU 10 empfängt den
durch den Common-Rail-Drucksensor 65 erfassten Common-Rail-Druck Pc und
führt eine
Ladeenergieänderungssteuerung
(Energieänderungssteuerung)
zur Änderung
der Ladungsmenge für
den Piezostapel 1 entsprechend den Common-Rail-Druck Pc
durch.
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Gemäß diesem Ausführungsbeispiel
wird als ein Verfahren zur Änderung
der Ladungsmenge für den
Piezostapel 1 des Piezo-Injektors 2 ein Verfahren
zur Änderung
der Ladeenergie für
den Piezostapel 1 (der oberen Grenzspannung zwischen beiden Elektroden
des Piezostapels 1, ein oberer Grenzwert der an den Piezostapel 1 angelegten
Ladespannung, eines Ladeenergiepegels oder einer Sollenergie Et) entsprechend
den Common-Rail-Druck Pc angewandt. Somit wird die in dem Piezostapel 1 geladene Sollenergie
Et auf einen minimalen Wert gesteuert, wobei die Wärmeerzeugung
verringert wird.
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Nachstehend ist ein Verfahren zur
Steuerung der Einspritzzeitdauer (der Einspritzmenge) und des Einspritzzeitverlaufs
des Piezo-Injektors 2 während der
Energieänderungssteuerung
zur Änderung
der Ladungsmenge für
den Piezostapel 1 auf der Grundlage eines in 4 gezeigten Flussdiagramms
beschrieben.
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Falls ein Zündschalter eingeschaltet wird
(IG EIN) werden zunächst
verschiedene Sensorsignale, die zur Steuerung der Einspritzmenge
und des Einspritzzeitverlaufs des Piezostapels 2 erforderlich sind,
wie die Maschinendrehzahl NE, die Beschleunigungsposition ACCP,
die Maschinenkühlwassertemperatur
THW, die Kraftstofftemperatur THF, der Common-Rail-Druck Pc und
dergleichen eingegeben. Dann wird die in den Piezostapel 1 zu
ladende Sollenergie Et auf der Grundlage des Common-Rail-Drucks Pc mittels
einer Kennfeldsuche (einer Suche in einem Kennfeld) und dergleichen
in Schritt S1 (Ladungsmengenänderungseinrichtung) berechnet.
Die Sollenergie Et für
den Piezostapel 1 wird erhöht, wenn der Common-Rail-Druck
Pc sich erhöht,
wie es in 4 dargestellt
ist.
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Dann wird die Sollenergie Et (beispielsweise ein
analoges Spannungssignal), die in Schritt S1 berechnet worden ist,
der EDU 9 in Schritt S2 angewiesen. Dann wird ein Einspritzzeitdauerkorrekturwert (ΔTq) auf der
Grundlage der in Schritt S1 berechneten Sollenergie Et und einer
Grundeinspritzzeitdauer Tq durch eine Kennfeldsuche und dergleichen
in Schritt S3 (Einspritzzeitdauer- Korrekturwertbestimmungseinrichtung)
berechnet. Der Einspritzzeitdauerkorrekturwert ΔTq wird erhöht, wenn die Sollenergie Et
sich erhöht,
wie es in 4 dargestellt
ist. Die Grundeinspritzzeitdauer Tq entspricht der Befehlseinspritzzeitdauer
Tq, die entsprechend der Befehlseinspritzmenge QFIN und dem Common-Rail-Druck
Pc auf der Grundlage eines Kennfeldes berechnet wird, das vorab
durch Messung mittels Untersuchungen und dergleichen erstellt worden
ist. Dann wird die korrigierte Einspritzzeitdauer (die Befehlseinspritzzeitdauer)
TQFIN durch Subtrahieren des Einspritzzeitdauerkorrekturwerts ΔTq von der Grundeinspritzzeitdauer
Tq in Schritt S4 (Einspritzzeitdauerbestimmungseinrichtung, Einspritzzeitdauerkorrektureinrichtung)
berechnet.
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Dann wird ein Einspritzstartzeitverlaufskorrekturwert
(ΔTs) auf
der Grundlage der Sollenergie Et in Schritt S5 (Einspritzzeitverlaufs-Korrekturwertbestimmungseinrichtung)
berechnet. Der Einspritzstartzeitverlaufskorrekturwert ΔTs stellt
ein Ausmaß zum Vorschieben
des Einspritzstartzeitverlaufs (Einspritzstartzeitpunkts). Daher
wird der Einspritzstartzeitverlauf verzögert, wenn sich der Einspritzstartzeitverlaufskorrekturwert ΔTs verringert.
Der Einspritzstartzeitverlaufskorrekturwert ΔTs wird verringert, wenn die
Sollenergie Et sich erhöht,
wie es in 4 dargestellt
ist. Dann wird ein korrigierter Einspritzstartzeitverlauf (der Befehlseinspritzzeitverlauf:
TFIN) durch Addieren des Einspritzstartzeitverlaufskorrekturwerts ΔTs zu den
Grundeinspritzzeitverlauf Ts in Schritt S6 (Einspritzzeitverlaufsbestimmungseinrichtung, Einspritzzeitverlaufskorrektureinrichtung)
berechnet. Der Grundeinspritzzeitverlauf Ts wird anhand der Maschinendrehzahl
NE und der Befehlseinspritzmenge QFIN berechnet. Dann wird der Einspritzmengenbefehlswert
(der Einspritzbefehlsimpuls) auf der Grundlage der korrigierten
Einspritzzeitdauer (der Befehlseinspritzzeitdauer) TQFIN und des
korrigierten Einspritzstartzeitverlaufs TFIN zu der EDU 9 in Schritt
S7 ausgegeben. Auf diese Weise endet die Verarbeitung. Dann wird
die Verarbeitung von Schritt S1 an wiederholt.
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Wie es vorstehend beschrieben ist,
korrigiert das Kraftstoffeinspritzsystem der Common-Rail-Bauart
gemäß dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel die
Einspritzzeitdauer und den Einspritzstartzeitverlauf entsprechend
der Sollenergie Et während
der Energieänderungssteuerung
zur Änderung
der Sollenergie Et für
den Piezostapel 1 des Piezo-Injektors 2 entsprechend
den Common-Rail-Druck Pc.
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Beispielsweise wird, wenn die Sollenergie
Et für
den Piezostapel 1 sich erhöht, die Befehlseinspritzzeitdauer
derart verringert, dass die tatsächliche
Einspritzmenge, der tatsächliche
Einspritzendzeitverlauf oder der tatsächliche Ventilschließzeitverlauf
der Düsennadel 14 unverändert bleibt,
selbst falls die Sollenergie Et des Piezostapels 1 geändert wird.
Somit werden die Änderungen
der Einspritzmenge und des Einspritzendzeitverlaufs verringert. Dabei
wird, wenn die Sollenergie Et für
den Piezostapel 1 sich erhöht, der Befehlseinspritzzeitverlauf
verzögert,
so dass der tatsächliche
Einspritzstartzeitverlauf oder der Ventilöffnungszeitverlauf der Düsennadel 14 unverändert bleibt,
selbst falls die Sollenergie für
den Piezostapel 1 geändert
wird. Somit wird die Änderung
des tatsächlichen
Einspritzstartzeitverlaufs verringert. Als Ergebnis wird die Änderung
der tatsächlichen Einspritzzeitdauer
von dem Einspritzstartzeitverlauf zu dem Einspritzendzeitverlauf
des Piezo-Injektors 2 verringert, und die Änderung
der tatsächlichen
Einspritzmenge, die in die Verbrennungskammer jedes Zylinders der
Brennkraftmaschine eingespritzt wird, wird verringert.
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Somit wird, selbst wenn die Energieänderungssteuerung
durchgeführt
wird, die Änderung
der Ladezeitdauer des Piezostapels 1 von dem Ladestartzeitverlauf
bis zu dem Zeitpunkt, wenn der Piezostapel 1 beginnt, sich
um ein beliebiges Ausmaß auszudehnen,
verringert. Dabei wird die Änderung der
Endladezeitdauer des Piezostapels 1 von dem Endzeitverlauf
des Einspritzbefehlsimpulses bis zu dem Zeitpunkt verringert, wenn
der Piezostapel 1 beginnt, sich um ein beliebiges Ausmaß zusammenzuziehen.
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Als Ergebnis kann, selbst falls die
Sollenergie Et für
den Piezostapel 1 entsprechend dem Common-Rail-Druck Pc
geändert
wird, die Änderung
des Zeitpunkts, wenn der Piezostapel 1 ein Ausdehnen beginnt
(der Ventilöffnungszeitverlauf
der Düsennadel 14 oder
der Einspritzstartzeitverlauf des Piezo-Injektors 2) verringert
werden. Dabei kann die Änderung
des Zeitpunkts, wenn der Piezostapel 1 sich beginnt, um
ein beliebiges Ausmaß zusammenzuziehen
(dem Ventilschließzeitverlauf
der Düsennadel 14 oder
dem Einspritzendzeitverlauf des Piezo-Injektors 2), verringert
werden. Mithin kann die Verschlechterung des Emissionsverhaltens
oder des Fahrbarkeitsverhaltens der Brennkraftmaschine verhindert werden.
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Zweites Ausführungsbeispiel
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Nachstehend ist ein Verfahren zur
Steuerung der Einspritzzeitdauer (der Einspritzmenge) und des Einspritzzeitverlaufs
des Piezo-Injektors 2 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel
unter Bezugnahme auf ein Flussdiagramm gemäß 5 beschrieben.
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Wenn der Zündschalter eingeschaltet wird (IG
EIN), wird wie gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
der durch den Common-Rail-Drucksensor 65 erfasste Common-Rail-Druck
Pc eingegeben, und der obere Grenzwert der Ladespannung oder die
Sollenergie Et für
den Piezostapel 1 wird auf der Grundlage des Common-Rail-Drucks
Pc mittels einer Kennfeldsuche und dergleichen in Schritt S11 (Ladungsmengenänderungseinrichtung)
berechnet. Die Sollenergie Et wird erhöht, wenn sich der Common-Rail-Druck Pc erhöht, wie
es in 5 dargestellt ist.
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Dann wird die in Schritt S11 berechnete
Sollenergie Et der EDU 9 in Schritt S12 angewiesen. Dann
wird in Schritt S13 und Schritt S14 (Einspritzzeitdauerbestimmungseinrichtung)
die Befehlseinspritzzeitdauer TQFIN für jede Sollenergie Et auf der Grundlage
eines Kennfeldes berechnet, das durch Untersuchungen und dergleichen
durch Messung von Beziehungen zwischen der getrennt berechneten
Befehlseinspritzmenge QFIN, den Common-Rail-Druck Pc und der Befehlseinspritzzeitdauer TQFIN
für jede
Sollenergie Et erstellt wird. Die Befehlseinspritzzeitdauer TQFIN
wird erhöht,
wenn der Common-Rail-Druck Pc sich verringert, wie es in 5 dargestellt ist. Die Befehlseinspritzzeitdauer TQFIN
entsprechend der Sollenergie Et, für die kein Kennfeld vorhanden
ist, wird durch Interpolation berechnet.
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Dann wird der Befehlseinspritzzeitverlauf TFIN
für jede
Sollenergie Et in Schritt S15 und Schritt S16 (Einspritzzeitverlaufbestimmungseinrichtung) auf
der Grundlage eines Kennfeldes berechnet, das durch Untersuchungen
und dergleichen durch Messung von Beziehungen zwischen der Maschinendrehzahl
NE, der Befehlseinspritzmenge QFIN und des Solleinspritzzeitverlaufs
TFIN für
jede Sollenergie Et erstellt wird. Der Befehlseinspritzzeitverlauf TFIN
wird mit Erhöhen
der Sollenergie Et verzögert. Der
Befehlseinspritzzeitverlauf TFIN entsprechend der Sollenergie Et,
für die
kein Kennfeld vorhanden ist, wird durch Interpolation berechnet.
Dann wird der Einspritzmengenbefehlswert (der Einspritzbefehlsimpuls)
auf der Grundlage der Befehlseinspritzzeitdauer TQFIN und des Befehlseinspritzzeitverlaufs
TFIN zu der EDU 9 in Schritt S17 ausgegeben. Auf diese Weise
wird die Verarbeitung beendet. Dann wird die Verarbeitung von Schritt
S11 an wiederholt.
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Drittes Ausführungsbeispiel
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Nachstehend ist ein Verfahren zur
Steuerung der Einspritzzeitdauer (der Einspritzmenge) und des Einspritzzeitverlaufs
des Piezo-Injektors 2 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel
unter Bezugsnahme auf ein in 6 gezeigtes
Flussdiagramm beschrieben.
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Gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel wird
als ein Verfahren zur Änderung
der Ladungsmenge für
den Piezostapel 1 ein Verfahren zur Änderung der Ladegeschwindigkeit
der an den Piezostapel 1 angelegten Ladespannung des Piezo-Injektors 2 angewandt.
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Zunächst wird die Sollenergie Et
für den
Piezostapel 1 entsprechend dem Common-Rail-Druck Pc berechnet
und der EDU 9 in Schritt S1 angewiesen (befohlen). Dann
wird die Ladungsmenge für
den Piezostapel 1 (Ladegeschwindigkeit der an den Piezostapel 1 angelegten
Ladespannung) oder der Ladestrom Cc für den Piezostapel 1 auf
der Grundlage der Sollenergie Et durch eine Kennfeldsuche und dergleichen
in Schritt S8 berechnet. Der Ladestrom Cc für den Piezostapel 1 wird
mit Erhöhung
der Sollenergie Et für
den Piezostapel 1 erhöht,
wie es in 6 dargestellt
ist.
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Dann wird der Ladestrom Cc der EDU 9 in Schritt
S9 angewiesen. Dann geht die Verarbeitung zu Schritt S3 in dem in 4 gezeigten Flussdiagramm über. Der
Einspritzzeitdauerkorrekturwert ΔTq
kann unter Berücksichtigung
der Ladegeschwindigkeit für
den Piezostapel 1 oder des Ladestroms Cc in Schritt S3
berechnet werden. Der Einspritzstartzeitverlaufskorrekturwert ΔTs kann unter
Berücksichtigung
der Ladegeschwindigkeit für
den Piezostapel 1 oder des Ladestroms Cc in Schritt S5
berechnet werden.
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Auf diese Weise berechnet das Kraftstoffeinspritzsystem
der Common-Rail-Bauart gemäß dem dritten
Ausführungsbeispiel
die korrigierte Einspritzzeitdauer TQFIN und den korrigierten Einspritzstartzeitverlauf
TFIN jeweils entsprechend der Sollenergie Et während der Energieänderungssteuerung
zur Änderung
des oberen Grenzwerts der Ladespannung und des Ladestroms Cc für den Piezostapel 1 entsprechend
den Common-Rail-Druck Pc.
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Mit Ansteigen des oberen Grenzwerts
der Ladespannung oder der Ladegeschwindigkeit für den Piezostapel 1 wird
die Befehlseinspritzzeitdauer TQFIN verringert, so dass die tatsächliche
Einspritzmenge, der tatsächliche
Einspritzendzeitverlauf oder der tatsächliche Ventilschließzeitverlauf
der Düsennadel 14 unverändert bleibt,
selbst falls die Sollenergie oder die Ladegeschwindigkeit für den Piezostapel 1 geändert wird.
Somit werden die Änderungen
der Einspritzmenge und des Einspritzendzeitverlaufs verringert.
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Mit Erhöhen des oberen Grenzwerts der
Ladespannung oder der Ladegeschwindigkeit für den Piezostapel 1 wird
der Befehlseinspritzzeitverlauf TFIN verzögert, so dass der tatsächliche
Einspritzstartzeitverlauf oder der tatsächliche Ventilöffnungszeitverlauf
der Düsennadel 14 unverändert bleibt, selbst
falls die Sollenergie Et oder die Ladegeschwindigkeit geändert wird.
Somit kann die Änderung
des tatsächlichen
Einspritzstartzeitverlaufs verringert werden. Ruf diese Weise kann
die Änderung
der tatsächlichen
Einspritzzeitdauer des Piezo-Injektors 2 von dem Einspritzstartzeitverlauf
bis zu dem Einspritzendzeitverlauf verringert werden. Als Ergebnis
kann die Änderung
der in die Verbrennungskammer jedes Zylinders der Brennkraftmaschine
eingespritzten tatsächlichen
Einspritzmenge verringert werden.
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Somit wird, selbst falls die Energieänderungssteuerung
zur Änderung
der oberen Grenzspannung zwischen den beiden Elektroden des Piezostapels 1 (des
oberen Grenzwerts der an den Piezostapel 1 angelegten Ladespannung,
des Ladeenergiepegels) oder der Ladegeschwindigkeit durchgeführt wird,
die Änderung
der Ladezeitdauer des Piezostapels 1 von dem Ladestartzeitpunkt
bis zu dem Zeitpunkt verringert werden, wenn der Piezostapel 1 sich
um ein beliebiges Ausmaß ausdehnt.
Dabei wird die Änderung
der Endladezeitdauer des Piezostapels 1 von dem Endzeitverlauf
des Einspritzbefehlsimpulses bis zu dem Zeitpunkt verringert, wenn
der Piezostapel 1 sich um ein beliebiges Ausmaß zusammenzieht.
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Somit kann, selbst falls die Sollenergie
Et oder die Ladegeschwindigkeit für den Piezostapel 1 entsprechend
den Common-Rail-Druck Pc geändert wird,
die Änderung
des Zeitpunkts, wenn der Piezostapel 1 ein Zusammenziehen
beginnt (der Ventilöffnungszeitverlauf
der Düsennadel 14 oder
der Einspritzstartzeitverlauf des Piezo-Injektors 2), verringert
werden. Dabei kann die Änderung
des Zeitverlaufs, wenn der Piezostapel 1 beginnt, sich
um ein beliebiges Ausmaß zusammenzuziehen
(des Ventilschließzeitverlaufs
der Düsennadel 14 oder
des Einspritzendzeitverlaufs des Piezo-Injektors 2), verringert
werden. Somit kann eine Verschlechterung des Emissionsverhalten
oder des Fahrbarkeitsverhaltens der Brennkraftmaschine verhindert
werden.
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Viertes Ausführungsbeispiel
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Nachstehend ist ein Verfahren zur
Steuerung der Einspritzzeitdauer (der Einspritzmenge) und des Einspritzzeitverlaufs
des Piezo-Injektors 2 gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel
unter Bezugnahme auf ein in 7 gezeigtes
Flussdiagramm beschrieben.
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Zunächst wird in Schritt S11 eine
Sollenergie Et entsprechend den Common-Rail-Druck Pc berechnet und
wird die Sollenergie Et der EDU 9 angewiesen. Dann wird
der Ladestrom Cc für
den Piezostapel 1 wie gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel in
Schritt S18 berechnet. Dann wird in Schritt S19 der Ladestrom Cc
der EDU 9 angewiesen. Daraufhin geht die Verarbeitung zu
Schritt S13 in den Flussdiagramm gemäß 5 über.
Die Befehlseinspritzzeitdauer TQFIN kann unter Berücksichtigung
der Ladegeschwindigkeit des Piezostapels 1 oder des Ladestroms
Cc in Schritt S13 berechnet werden. Der Befehlseinspritzzeitverlauf
TFIN kann unter Berücksichtigung
der Ladegeschwindigkeit für
den Piezostapel 1 oder des Ladestroms Cc in Schritt S15
berechnet werden.
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Modifikationen
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Gemäß dem ersten und dem zweiten
Ausführungsbeispiel
wird als das Verfahren zur Änderung
der Ladungsmenge für
den Piezostapel 1 das Verfahren zur Änderung der Sollenergie Et
für den
Piezostapel 1 entsprechend den Common-Rail-Druck Pc angewandt.
Lediglich die Befehlseinspritzzeitdauer (die Einspritzbefehlsimpulslänge (TQFIN)
des Piezo-Injektors 2 kann korrigiert werden, ohne dass
der Einspritzstartzeitverlauf (der Befehlseinspritzzeitverlauf)
TFIN des Piezo-Injektors 2 korrigiert wird.
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Zusätzlich kann der Ladestartzeitverlauf
des Piezostapels 1 entsprechend den Einspritzstartzeitverlauf
(den Befehlseinspritzzeitverlauf) TFIN eingestellt werden. Weiterhin
kann eine Ladehaltezeitdauer des Piezostapels 1 (eine Zeitdauer
zum Halten des Piezostapels 1 in einem geladenen Zustand)
entsprechend der Befehlseinspritzzeitdauer (der Einspritzbefehlsimpulslänge) TQFIN
eingestellt werden. Die Einspritzzeitdauer (die Einspritzmenge)
und der Einspritzzeitverlauf des Piezo-Injektors 2 können auf der
Grundlage des Ladestartzeitverlaufs und der Ladehaltezeitdauer des
Piezostapels 1 gesteuert werden.
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Gemäß den vorstehend beschriebenen
Ausführungsbeispielen
ist der Common-Rail-Drucksensor 65 direkt an den Common-Rail 6 angebracht,
um den Common-Rail-Druck Pc zu erfassen. Alternativ dazu kann der
Common-Rail-Drucksensor 65 an
die Kraftstoffversorgungsleitung 71, 72 oder dergleichen zwischen
einer Kolbenkammer (der Druckkammer) der Versorgungspumpe 5 und
einen Dichtungsabschnitt in den Piezo-Injektor 2 angebracht
werden, um den Druck des aus der Druckkammer der Versorgungspumpe 5 ausgestoßenen Druck
oder den Einspritzdruck des in die Verbrennungskammer der jeweiligen
Zylinder der Brennkraftmaschine eingespritzten Kraftstoffs zu erfassen.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht
auf die offenbarten Ausführungsbeispiele
begrenzt, sondern kann in vielerlei Weise ohne Abweichen vom erfinderischen
Gedanken implementiert werden.
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Wie es vorstehend beschrieben worden
ist, führt
eine Maschinensteuerungseinheit (ECU) 10 einer Brennkraftmaschine
führt eine
Energieänderungssteuerung
zur Änderung
einer Ladungsmenge (eines oberen Grenzwerts der Ladespannung, der Ladegeschwindigkeit
oder der Sollenergie) für
einen Piezostapel 1 eines Piezo-Injektors 2 entsprechend einem
Common-Rail-Druck durch. Während
der Energieänderungssteuerung
verkürzt
die ECU 10 eine Befehlseinspritzzeitdauer, wenn sich die
in dem Piezostapel 1 zu ladende Sollenergie erhöht, so dass der
tatsächliche
Einspritzendzeitverlauf oder Ventilschließzeitverlauf eines Düsenabschnitts 11 unverändert bleibt,
selbst falls die Sollenergie geändert wird.
Dabei verzögert
die ECU 10 den Befehlseinspritzzeitverlauf, wenn die Sollenergie
ansteigt, so dass der tatsächliche Einspritzstartzeitverlauf
oder Ventilöffnungszeitverlauf
des Düsenabschnitts 11 unverändert bleibt,
selbst falls die Sollenergie geändert wird.