-
Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Hochdruckkraftstoffeinspritzvorrichtung,
die verwendet wird, um Kraftstoff einer Brennkraftmaschine zuzuführen.
-
Ein
Kraftstoffzuführsystem,
welches Hochdruckkraftstoff, der in einer gemeinsamen Leitung (common
rail) gespeichert ist, einer Brennkraftmaschine, wie einem Dieselmotor
zuführt,
wird verbreitet eingesetzt. Ein Beispiel eines Injektors, der in
einem solchen Kraftstoffzuführsystem
verwendet wird, ist in dem
US
Patent Nr. 5,694,903 beschrieben. Der Injektor umfaßt eine
Düsennadel,
welche verschiebbar in ein Injektorgehäuse eingesetzt ist, und die
Düsennadel öffnet oder
schließt
entsprechend einem auf die Düsennadeln
aufgebrachten Rückdruck
ein Einspritzloch, welches an einer Spitze des Gehäuses ausgebildet
ist. Hochdruckkraftstoff wird in eine Steuerkammer eingeführt, in
welcher der Rückdruck
erzeugt wird, und der Druck in der Steuerkammer wird durch Betätigung eines
Ablaßventils
gesteuert. Das Kraftstoffzuführsystem
ist durch eine ECU (Elektronische Steuereinheit) insgesamt gesteuert.
Die ECU steuert das Ablaßventil
in seine geschlossene oder offene Stellung und steuert die in der
gemeinsamen Leitung zu sammelnde Kraftstoffmenge entsprechend Betriebsbedingungen
der Brennkraftmaschine. In diesem System ist es jedoch schwierig,
den Druck in der gemeinsamen Leitung schnell zu vermindern, wenn
dies durch eine plötzliche Änderung der
Brennkraftmaschinenbetriebsbedingungen von einer hohen Last zu einer
niedrigen Last erforderlich wird, weil lediglich die der gemeinsamen
Leitung zuzuführende
Menge gesteuert wird. Im Ergebnis können Geräusche erzeugt und es können schädliche Abgase
von der Brennkraftmaschine abgegeben werden. Es ist erforderlich,
den Kraftstoff in der gemeinsamen Leitung, zusätzlich zur Verminderung der dazu
zugeführten
Kraftstoffmenge, abzulassen.
-
Um
eine solche Schwierigkeit zu bewältigen, schlägt das
japanische Patent Nr. 2659718 vor,
ein Drucksteuerventil in einem Durchlaß vorzusehen, der die gemeinsame
Leitung und den Kraftstofftank miteinander verbindet. Das Drucksteuerventil
umfaßt
einen kugelförmigen
Ventilkörper,
der in einer Richtung zum Schließen des Ventils durch eine
Schraubenfeder vorgespannt ist, und einen elektromagnetischen Aktuator.
Ein Druckniveau zum Öffnen
des Ventils wird gesteuert, indem ein dem elektromagnetischen Aktuator
zugeführter
Erregerstrom eingestellt wird. Indem das zusätzliche Drucksteuerventil in
dem Durchlaß vorgesehen
ist, wird jedoch die Rohrnetzstruktur in dem Kraftstoffzuführsystem
komplex.
-
Eine
andere Einrichtung zur Verminderung des Drucks in der gemeinsamen
Leitung ist in der
JP-A-2-191865 und
in dem
US Patent 5,711,274 beschrieben.
In dieser Einrichtung wird ein elektromagnetisches Dreiwegeventil
als ein Ablaßsteuerventil verwendet,
das wahlweise die Steuerkammer mit der gemeinsamen Leitung oder
der Niederdruckkraftstoffquelle verbindet. Das Dreiwegeventil verbindet zunächst die
Steuerkammer mit der Niederdruckkraftstoffquelle, dann mit der Steuerkammer
bevor die Düsennadel
angehoben wird und erneut mit der Niederdruckkraftstoffquelle, wodurch
Hochdruckkraftstoff der Niederdruckkraftstoffquelle zugeführt wird,
während
das Einspritzloch geschlossen wird. Jedoch ist die Menge an Hochdruckkraftstoff,
der während
eines Betriebszyklus des Dreiwegeventils abgelassen wird, klein,
weil die Steuerkammer von der Niederdruckkraftstoffquelle getrennt
werden muß,
um darin Druck aufzubauen, bevor die Düsennadel angehoben wird. Entsprechend
ist die zum Ablassen von Hochdruckkraftstoff verfügbare Zeit
sehr kurz. Folglich muß das
Dreiwegeventil häufig
betätigt werden,
um den Druck in der gemeinsamen Leitung auf ein erforderliches Niveau
zu senken, und es ist eine große
Strommenge erforderlich, um das Dreiwegeventil zu betätigen. Insbesondere
ist ein Kondensator mit einer großen Kapazität erforderlich, um das Dreiwegeventil
zu betätigen
und ein Schaltkreis zum Antrieb des Dreiwegeventils wird sperrig.
Zudem erfordert es eine lange Zeitspanne, um den Druck in der gemeinsamen
Leitung auf ein gewünschtes
Niveau zu reduzieren. Die Brennkraftmaschine kann während dieser
Betätigung
nicht ordnungsgemäß gesteuert
werden. Zudem werden Geräusche
durch die Hochgeschwindigkeitsbetätigung des Dreiwegeventils
erzeugt und eine häufige
Hochgeschwindigkeitsbetätigung
steht der Haltbarkeit des Dreiwegeventils entgegen.
-
Weiterhin
offenbart das Dokument
DE
195 16 245 C2 offenbart ein Verfahren einer mehrphasigen
Einspritzung eines direkt einspritzenden Dieselmotors. Bei diesem
Verfahren wird durch analoges Verstellen Rücklaufventils erreicht, dass
die Haupteinspritzung im kurzen zeitlichen Abstand auf die Voreinspritzung
folgen kann. Weiterhin kann die Einspritzdüse rasch geschlossen werden,
was für
die Verbrennung vorteilhaft ist.
-
Dokument
DE 40 11 782 A1 offenbart
eine Steuerschaltung für
eine Brennstoffeinspritzvorrichtung. Insbesondere wird ein Aufbau
beschrieben, bei dem Ladungsmengen, die einem Piezostellglied zur Verfügung gestellt
werden, durch Umschalten von mit dem Piezostellglied verbundenen
Energiequellen unter Verwenden mehrerer Kondensatoren gesteuert werden.
-
Ferner
beschreibt
US 5 711
274 A ein System und ein Verfahren zum Reduzieren des Kraftstoffdrucks
in einem Kraftstoffeinspritzsystem. Hierbei werden Steuerventile
so gesteuert, dass diese eine Druckkammer der Einspritzdüse mit der
gemeinsamen Leitung des Zufuhrtanks so kurz verbinden, dass der
Druck unterhalb eines Öffnungsdruck
der Einspritzdüse
verbleibt.
-
Die
vorliegende Erfindung wurde angesichts der vorgenannten Schwierigkeiten
gemacht und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Hochdruckkraftstoffeinspritzeinrichtung
zu schaffen, die Kraftstoff von der Hochdruckkraftstoffquelle ablassen
kann, wenn dies erforderlich ist, ohne ein zusätzliches Drucksteuerventil
zu verwenden oder ohne ein Ablaßventil
mit hoher Geschwindigkeit zu betätigen.
-
Die
Hochdruckkraftstoffzuführvorrichtung umfaßt einen
Injektor und einen Schaltkreis zum Antrieb des Injektors auf gesteuerte
Weise. Der Injektor besteht aus einem Injektorgehäuse, welches
mit einer Hochdruckkraftstoffquelle, wie einer gemeinsamen Leitung,
und einer Niederdruckkraftstoffquelle, wie einem Kraftstofftank,
verbunden ist, und aus anderen Injektorkomponenten, die in dem Injektorgehäuse aufgenommen
sind. Ein Einspritzloch ist an der Spitze des Injektorgehäuses ausgebildet
und Kraftstoff wird von dem Einspritzloch eingespritzt, wenn es
geöffnet
ist. Eine Düsennadel
zum Öffnen und
Schließen
des Einspritzlochs ist gleitend in dem Injektorgehäuse angeordnet.
Eine Steuerkammer zur Steuerung der Bewegung der Düsennadel
durch Kraftstoffdruck ist darin oberhalb der Düsennadel vorgesehen. Ein Ablaßventil,
welches den Kraftstoffdruck in der Steuerkammer durch Ablassen von Kraftstoff
davon steuert, ist in der Steuerkammer angeordnet. Der Öffnungsgrad
des Ablaßventils
wird durch einen piezoelektrischen Aktuator gesteuert, der sich
entsprechend der dazu zugeführten
Ladungsmenge ausdehnt oder zusammenzieht. Der piezoelektrische Aktuator
ist ebenfalls in dem Injektorgehäuse
aufgenommen.
-
Der
Antriebsschaltkreis steuert den Hub des piezoelektrischen Aktuators
durch Zuführen
verschiedener elektrischer Ladungen dazu. Der Antriebsschaltkreis
besteht aus einer Gleichstromquelle, Kondensatoren, die von der
Gleichstromquelle geladen werden, und Schaltern, die die Ladungsmenge steuern,
die von den Kondensatoren zu den piezoelektrischen Aktuatoren zugeführt wird.
Die Ladungsmenge, die dem piezoelektrischen Aktuator zugeführt wird,
wird auf zwei Pegel gesteuert, um den Öffnungsgrad des Ablaßventils
auf zwei Pegel einzustellen.
-
Wenn
eine große
Ladungsmenge oder hohe Spannung dem piezoelektrischen Aktuator zugeführt wird,
dehnt sich der piezoelektrische Aktuator vollständig aus, um das Ablaßventil
vollständig
zu öffnen,
wodurch der Steuerkammerdruck durch Ablassen von Kraftstoff von
der Steuerkammer vermindert wird. Beim vollständigen Öffnen des Ablaßventils wird
die Düsennadel
von ihrer Sitzstellung abgehoben, um das Einspritzloch zu öffnen, wodurch
Kraftstoff aus dem Einspritzloch eingespritzt wird. Wenn eine geringe
Ladungsmenge oder niedrige Spannung zu dem piezoelektrischen Aktuator
zugeführt wird,
dehnt sich der piezoelektrische Aktuator teilweise aus, um das Ablaßventil
teilweise zu öffnen.
In diesem Fall wird der Steuerkammerdruck ebenfalls teilweise vermindert
und die Düsennadel
verbleibt auf ihrem Sitz, ohne das Einspritzloch zu öffnen. Entsprechend
wird keine Kraftstoffeinspritzung in diesem Zustand ausgeführt, während Kraftstoff
in der Steuerkammer in die Niederdruckkraftstoffquelle abgelassen
wird, wodurch der Druck in der Hochdruckkraftstoffquelle gesenkt
wird.
-
Um
die dem piezoelektrischen Aktuator zugeführte Ladungsmenge zwischen
hohen und niedrigen Pegeln umzuschalten, können zwei Kondensatoren in
dem Antriebsschaltkreis vorgesehen werden. In diesem Fall werden
beide Kondensatoren verwendet, um den Aktuator auf einen hohen Pegel
aufzuladen, während
ein Kondensator verwendet wird, um den Aktuator auf einen niedrigen
Pegel zu laden bzw. zu beaufschlagen. In einem Fall, in welchem
eine Vielzahl von Injektoren, die jeweils einen entsprechenden piezoelektrischen
Aktuator haben, in der Vorrichtung vorgesehen sind, kann die in
einem Kondensator gespeicherte elektrische Ladung an jeden Aktuator
durch einen entsprechenden Schalter verteilt werden, der mit jedem
Aktuator verbunden ist. Um das Ablaßventil eines ausgewählten Injektors vollständig zu öffnen, wird
die gespeicherte Ladung lediglich dem einen Aktuator zugeführt, der
dem gewählten
Injektor entspricht. Andererseits wird, um die Ablaßventile
aller Injektoren teilweise zu öffnen,
die gespeicherte Ladung gleichmäßig auf
alle Aktuatoren verteilt. Auf diese Weise wird der Öffnungsgrad des
Ablaßventils
auf zwei Pegel gesteuert. Wenn es erforderlich ist, eine Voreinspritzung
mit einer verminderten Kraftstoffmenge auszuführen, ist es möglich, den Öffnungsgrad
des Ablaßventils
zu wählen,
so daß die
Düsennadel
teilweise angehoben wird.
-
Gemäß der vorliegenden
Erfindung kann der Druck in der gemeinsamen Leitung rasch auf ein
vorbestimmtes Niveau gesenkt werden, wenn dies erforderlich ist,
wobei die Einspritzvorrichtung einen einfachen Aufbau hat. Schädliche Geräusche und
Abgase infolge übermäßigen Drucks
in der gemeinsamen Leitung können
wirksam unterdrückt
werden.
-
Andere
Ziele und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme
auf die beigefügte
Zeichnung deutlicher. Darin zeigen:
-
1 eine
Schnittansicht, die einen Injektor gemäß der vorliegenden Erfindung
zeigt;
-
2 ein
Schaltkreisdiagramm, das einen Antriebsschaltkreis zeigt, der in
einem ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung verwendet ist;
-
3 ein
Blockdiagramm, das ein gesamtes Einspritzsystem zeigt, auf welches
die vorliegende Erfindung angewandt ist;
-
4 ein
Ablaufdiagramm über
die Zeit, in welchem der Betrieb des ersten Ausführungsbeispiels mit durchgezogenen
Linien und der Betrieb eines zweiten Ausführungsbeispiels mit unterbrochenen
Linien gezeigt ist;
-
5 ein
Schaltkreisdiagramm, das einen Antriebsschaltkreis zeigt, der in
einem dritten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung verwendet ist; und
-
6 ein
Ablaufdiagramm über
die Zeit, welches den Betrieb des dritten Ausführungsbeispiels zeigt.
-
Ein
erstes Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf 1 bis 4 beschrieben.
Zunächst
wird unter Bezugnahme auf 3 ein gesamtes
Kraftstoffeinspritzsystem 1 zum Zuführen von Kraftstoff zu einem
Dieselmotor beschrieben, auf welches die vorliegende Erfindung angewandt
ist. Es ist eine gemeinsame Leitung 12 (common rail) vorgesehen,
die mit jedem Zylinder des Dieselmotors über einen entsprechenden Injektor 11 verbunden
ist. Die Injektoren 11 sind mit der gemeinsamen Leitung 12 über eine
Hochdruckkraftstoffleitung 16 verbunden. Hochdruckkraftstoff
wird von einer Hochdruckpumpe 13 der gemeinsamen Leitung 12 zugeführt und
darin gesammelt. Eine ECU 18 steuert die Injektoren 11,
so daß eine passende
Menge bedruckten Kraftstoffs rechtzeitig dem Dieselmotor (nicht
gezeigt) entsprechend seinen Betriebsbedingungen zugeführt wird.
Der Kraftstoffdruck des in den Motor eingespritzten Kraftstoffs ist
im wesentlichen gleich dem Kraftstoffdruck in der gemeinsamen Leitung 12.
Der Druck in der gemeinsamen Leitung 12 wird durch einen
Drucksensor 19 erfaßt.
Ein Steuerventil 14, welches die Hochdruckpumpe 13 und
einen Kraftstofftank 15 verbindet, wird durch die ECU auf
der Basis des durch den Drucksensor 19 erfaßten Drucks
in der gemeinsamen Leitung gesteuert, um die der gemeinsamen Leitung 12 zugeführte Kraftstoffmenge
einzustellen. Der Druck in der gemeinsamen Leitung wird entsprechend
den Betriebszuständen
des Motors, die durch andere Sensoren (nicht gezeigt) erfaßt werden,
auf ein erforderliches Niveau geregelt. Die Injektoren 11 sind
zusätzlich
mit dem Kraftstofftank 15 über Ablaßleitungen 17 verbunden.
-
1 zeigt
eine Schnittansicht des Injektors 11 gemäß der vorliegenden
Erfindung. Der Injektor 11 besteht aus einem Injektorgehäuse 2,
einer Düse 11a,
einem Ablaßventil 11b und
ein piezoelektrischen Aktuator 11c. Der Injektor ist an
dem Motor angebracht, so daß sein
unterer Abschnitt sich in eine Brennkammer des Motors erstreckt.
Das Injektorgehäuse 2 ist
allgemein zylinderförmig
und umfaßt
einen Hochdruckanschluß 26,
der über
die Hochdruckkraftstoffleitung 16 mit der gemeinsamen Leitung 12 verbunden
ist, und einen Auslaßanschluß 27,
der über
die Ablaßleitung 17 mit
dem Kraftstofftank 15 verbunden ist. Sowohl der Hochdruckanschluß 26 als auch
der Auslaßanschluß 27 sind
an einem oberen Ende des Injektorgehäuses 2 ausgebildet.
Eine innere Bohrung 20, ein Hochdruckdurchlaß 23 und
ein Ablaßdurchlaß 25 sind
jeweils in dem Injektorgehäuse 2 ausgebildet,
wie in der Zeichnung gezeigt ist. Ein Fortsatz oder Sack 22 und
ein Einspritzloch 21, von dem Hochdruckkraftstoff eingespritzt
wird, sind an dem unteren Ende des Injektorgehäuses 2 vorgesehen.
Das Einspritzloch 21 ist über eine innere Bohrung 20 mit
dem Hochdruckdurchlaß 23 verbunden, wenn
die Düse 11a geöffnet ist.
-
Die
Düse 11a ist
folgendermaßen
aufgebaut. Die Düsennadel 3 ist
in dem Injektorgehäuse 2 angeordnet
und ist gleitend in einem Nadelzylinder 203 gehalten, der
in dem Injektorgehäuse 2 ausgebildet ist.
Eine konusförmige
Ventilfläche 31 ist
an dem unteren Ende der Düsennadel 3 ausgebildet
und auf einen konusförmigen
Ventilsitz 201 aufgesetzt, der an der oberen Öffnung des
Fortsatzes 22 ausgebildet ist. Ein Speicherraum 202 ist
an einem unteren Ende des Nadelzylinders 203 ausgebildet,
um die Düsennadel 3 zu
umgeben. Der Speicherraum 202 ist mit dem Hochdruckdurchlaß 23 verbunden,
so daß Hochdruckkraftstoff von
dem Hochdruckanschluß 26 dem
Speicherraum 202 zugeführt
wird. Der Hochdruckkraftstoff in dem Speicherraum 202 wird
durch eine innere Bohrung 20 und den Fortsatz 22 von
dem Einspritzloch 21 eingespritzt, wenn die Düsennadel 3 von
dem Ventilsitz 203 abgehoben ist. Der Druck des Hochdruckkraftstoffs
wird auf den oberen Teil der Ventilfläche 31 aufgebracht,
die den Ventilsitz 201 nicht berührt, und dadurch wird die Düsennadel 3 aufwärts gedrückt. Eine
Feder 4 ist in einer Ausnehmung angeordnet, die an dem
oberen Ende der Düsennadel 3 ausgebildet
ist, so daß die
Düsennadel 3 abwärts vorgespannt
ist.
-
Eine
Steuerkammer 204 ist oberhalb des oberen Endes der Düsennadel 3 ausgebildet
und durch den Nadelzylinder 203 umgeben. Die Steuerkammer 204 ist
mit dem Hochdruckdurchlaß 23 über eine
Einlaßöffnung 24 verbunden,
durch welche der Hochdruckkraftstoff der Steuerkammer 204 zugeführt wird.
Der Hochdruckkraftstoff in der Steuerkammer 204 erzeugt
einen Rückdruck,
um die Düsennadel 3 abwärts zu drücken.
-
Das
Ablaßventil 11b ist
folgendermaßen
aufgebaut. Ein Ventilteil 5, das aus einem Ventilkopf 51 und
einer Ventilstange 52 besteht, ist oberhalb der Feder 4 in
der Steuerkammer 204 angeordnet. Die Ventilstange 52 ist
gleitend in dem Kolbenzylinder 208 gehalten, der in der
Mitte des Injektorgehäuses 2 ausgebildet
ist. Ein ringförmiger
Durchlaß 207 ist
unterhalb des Kolbenzylinders 208 ausgebildet und umgibt
die Ventilstange 52. Der ringförmige Durchlaß 207 ist
mit dem Ablaßdurchlaß 25 verbunden.
Ein Auslaß 205,
der einen schrägen
Ventilsitz 206 hat, ist zwischen der Steuerkammer 204 und
dem ringförmigen
Durchlaß 207 ausgebildet.
Eine schräge
Ventilfläche 511 des
Ventilkopfs 51 sitzt auf dem schrägen Ventilsitz 206 auf,
weil er durch die Feder 4 aufwärts vorgespannt ist. Mit anderen
Worten, das Ablaßventil 11b ist
ein nach außen
offenes Ventil, welches öffnet, wenn
das Ventilteil 5 in Richtung auf die Steuerkammer 204 abwärts gedrückt wird.
Wenn das Ablaßventil 11b öffnet, wird
der Hochdruck in der Steuerkammer 204 durch den Auslaß 205 und
den ringförmigen Durchlaß 207 in
den Ablaßdurchlaß 25 abgelassen.
-
Nun
wird der piezoelektrische Aktuator 11c beschrieben, der
das Ventilteil 5 antreibt. Eine Aktuatorkammer 209 mit
einem vergrößerten Durchmesser ist
oberhalb des Kolbenzylinders 208 ausgebildet. Ein Kolben 6,
der aus einer Kolbenstange 61 und einem Kolbenhalter 62 besteht,
ist in der Aktuatorkammer 209 angeordnet. Die Kolbenstange 61 ist
gleitend in dem Kolbenzylinder 208 gehalten und der Kolbenhalter 62 ist
gleitend in der Aktuatorkammer 209 gehalten. Das untere
Ende der Kolbenstange 61 liegt an dem oberen Ende der Ventilstange 52 an. Eine
Tellerfeder 7 ist zwischen der unteren Wand der Aktuatorkammer 209 und
dem unteren Ende des Kolbenhalters 62 angeordnet, so daß der Kolben 6 aufwärts vorgespannt
ist. Eine piezoelektrische Säule 8 ist
in der inneren Bohrung des Kolbenhalters 62 angeordnet
und ist in Anlage mit der oberen Wand des Injektorgehäuses 2.
Die piezoelektrische Säule 8 ist mit
einem Antriebsschaltkreis 9 (später beschrieben), der durch
eine ECU 18 gesteuert ist, über einen Leitungsdraht 81 verbunden.
Die piezoelektrische Säule 8 expandiert
oder schrumpft entsprechend ihr zugeführten elektrischen Ladungen,
wodurch sie den Kolben 6 abwärts oder aufwärts antreibt,
um das Ablaßventil 11b zu öffnen oder
zu schließen.
-
2 zeigt
den Antriebsschaltkreis 9, welcher die piezoelektrische
Säule 8 unter
Steuerung der ECU 18 antreibt. Der Antriebsschaltkreis 9 umfaßt einen
Gleichstrom-Gleichstromwandler 91 (nachfolgend
als Gleichstromwandler bezeichnet), der eine Batteriespannung in
eine vorbestimmte Gleichspannung umwandelt, einen ersten Kondensator 92 und
einen zweiten Kondensator 93. Beide Kondensatoren 92, 93 werden
von dem Gleichstromwandler 91 geladen. Ein Anschluß jedes
Kondensators ist geerdet und eine Diode 94 ist zwischen
den anderen Anschlüssen
beider Kondensatoren 92, 93 verbunden, wobei eine
Anode der Diode mit dem ersten Kondensator verbunden ist. Eine Verbindung
der Diode 94 und des ersten Kondensators 92 ist
mit dem Gleichstromwandler 91 über einen Ladeschalter 96 verbunden,
so daß beide
Kondensatoren 92, 93 von dem Gleichstromwandler 91 geladen
werden, indem der Ladeschalter 96 geschlossen wird. Eine
Verbindung der Diode 94 mit dem zweiten Kondensator 93 ist
mit einem Plusanschluß der
piezoelektrischen Säule 8 (auch
piezoelektrischer Stapel) über
einen ersten Schalter 97 und einen Induktionsspule 95 verbunden,
so daß die
piezoelektrische Säule 8 von
beiden Kondensatoren 92, 93 geladen wird, indem
der erste Schalter 97 auf pulsierende Weise geschlossen wird.
Zudem ist der erste Kondensator 92 mit der piezoelektrischen
Säule 8 über einen
zweiten Schalter 98 und die Induktionsspule 95 verbunden,
so daß die piezoelektrische
Säule 8 lediglich
von dem ersten Kondensator 92 geladen wird, indem der zweite Schalter 98 auf
pulsierende Weise geschlossen wird.
-
Die
Kapazität
beider Kondensatoren 92, 93 ist im wesentlichen
gleich gewählt.
Die Induktionsepule 95 dient zur Einstellung der Anschlußspannung der
piezoelektrischen Säule 8 im
wesentlichen proportional zu der Ladungsmenge, die von den Kondensatoren
zugeführt
wird. Folglich beträgt
die Anschlußspannung
der piezoelektrischen Säule 8 etwa die
Hälfte,
wenn der zweite Schalter 98 geschlossen ist, verglichen
damit, wenn der erste Schalter 97 geschlossen ist. Eine
Verbindung des ersten und zweiten Schalters und der Induktionsspule 95 ist über einen
Entladeschalter 99 geerdet, so daß die piezoelektrische Säule 8 durch
die Induktionsspule 95 entladen wird, wenn der Entladesschalter 99 geschlossen
ist. Der Betrieb aller Schalter ist durch einen Mikrocomputer gesteuert,
der die ECU 18 bildet.
-
Der
Betrieb des Injektors 11 wird nachfolgend beschrieben.
Beim Schließen
des Ladeschalters 96 auf pulsierende Weise werden beide
Kondensatoren 92, 93 durch die vorbestimmte Gleichspannung
des Gleichspannungswandlers 91 geladen. Beim Schließen des
ersten Schalters 97 auf pulsierende Weise, nachdem beide
Kondensatoren 92, 93 geladen wurden, wird die
piezoelektrische Säule 8 von
beiden Kondensatoren 92, 93 durch die Induktionsspule 95 geladen.
Im Ergebnis dehnt sich die piezoelektrische Säule 8 aus und drückt den
Kolben 6 herunter, um das Ablaßventil 11b zu öffnen. Beim Schließen des
zweiten Schalters 98 auf pulsierende Weise anstelle des
ersten Schalters 97 wird die piezoelektrische Säule 8 lediglich
von dem ersten Kondensator 92 durch die Induktionspule 95 geladen.
In diesem Fall ist die piezoelektrische Säule 8 zur Hälfte geladen.
Im Ergebnis expandiert die piezoelektrische Säule 8 zur Hälfte, um
das Ablaßventil 11b halb
zu öffnen.
Dies bedeutet, daß der Öffnungsgrad
des Ablaßventils
auf zwei Pegel gesetzt werden kann, indem die Kondensatoren zum
Laden der piezoelektrischen Säule 8 ausgewählt werden.
-
Unter
Bezugnahme auf das Ablaufdiagramm über die Zeit von 4 wird
der Betrieb des Antriebsschaltkreises 9 und des Injektors 11 erläutert. Durchgezogene
Linien im Ablaufdiagramm zeigen den Betrieb des ersten Ausführungsbeispiels,
während
unterbrochene Linien den Betrieb eines zweiten Ausführungsbeispiels
zeigen, welches später
beschrieben wird. Die linke Hälfte
des Ablaufdiagramms zeigt den Betrieb, wenn die Einspritzung ausgeführt wird, und
die rechte Hälfte
zeigt den Betrieb, wenn der Druck in der gemeinsamen Leitung abgesenkt
wird und keine Einspritzung ausgeführt wird.
-
Wenn
der erste Schalter 97 auf pulsierende Weise geschlossen
wird, wie in dem ersten Diagramm von 4 gezeigt
ist, die piezoelektrische Säule 8 durch
beide Kondensatoren 92, 93 auf einen vorbestimmten
Maximalpegel geladen, wie in dem vierten Diagramm gezeigt ist. Folglich
dehnt sich die piezoelektrische Säule 8 vollständig aus
und drückt den
Kolben 6 herab, um das Ablaßventil 11b vollständig zu öffnen. Der Öffnungsgrad
des Ablaßventils
ist proportional zur Ausdehnung der piezoelektrischen Säule 8.
Im Ergebnis nimmt der Druck in der Steuerkammer 204 rasch
und tief ab, wie in dem fünften
Diagramm gezeigt ist. Der Rückdruck,
der auf das obere Ende der Düsennadel 3 einwirkt,
nimmt ab und der auf die Ventilfläche 31 aufgebrachte
Druck übertrifft den
Rückdruck,
wodurch sich die Düsennadel 3 rasch
aufwärts
bewegt, um das Einspritzloch 21 zu öffnen, wie in dem sechsten
Diagramm gezeigt ist. Folglich wird Hochdruckkraftstoff von dem
Einspritzloch 21 eingespritzt, wie in dem siebtem Diagramm gezeigt
ist.
-
Beim
Schließen
des Endladeschalters 99 zu einem gesteuerten Zeitpunkt,
wie in dem dritten Diagramm gezeigt ist, wird die piezoelektrische
Säule 8 auf
den Anfangspegel entladen, wie in dem vierten Diagramm gezeigt ist.
Die piezoelektrische Säule 8 schrumpft
auf ihre anfängliche
Länge und
dadurch wird die Ventilstange 5 durch eine kombinierte
Kraft der Tellerfeder 7, der Feder 4 und dem Druck
in der Steuerkammer 204 hochgedrückt. Somit wird das Ablaßventil 11b geschlossen
und die Steuerkammer 204 ist von dem Ablaßdurchlaß 25 getrennt.
Im Ergebnis erholt sich der Druck in der Steuerkammer 204 auf
das anfängliche
Niveau, wie in dem fünften Diagramm
gezeigt ist, weil der Hochdruckkraftstoff durch den Hochdruckdurchlaß 23 zugeführt wird. Entsprechend
wird der Druck in der Steuerkammer 204 höher als
die auf die Düsennadel 3 aufgebrachte Hebekraft
und die Düsennadel 3 sitzt
erneut auf dem Ventilsitz 203 auf, wie in dem sechsten
Diagramm gezeigt ist, um die Kraftstoffeinspritzung aus dem Einspritzloch 21 zu
beenden, wie in dem siebten Diagramm gezeigt ist. Wie zuvor beschrieben
wurde, wird die Kraftstoffeinspritzung durch Schließen des ersten
Schalters 97 begonnen und durch Schließen des Entladeschalters 99 beendet.
Weil die Betätigung
beider Schalter durch die ECU 18 gesteuert ist, wird eine
gewünschte
Kraftstoffmenge rechtzeitig in die Brennkammer des Motors eingespritzt.
-
Der
Vorgang der Verminderung des Drucks in der gemeinsamen Leitung 12 wird
unter Bezugnahme auf die rechte Hälfte des Ablaufdiagramms über die
Zeit, der mit durchgezogenen Linien in 4 gezeigt
ist, beschrieben. Beim Schließen
des zweiten Schalters 98 auf pulsierende Weise, wie in
dem zweiten Diagramm gezeigt ist, wird lediglich die in dem ersten
Kondensator 92 gespeicherte Ladung der piezoelektrischen
Säule 8 zugeführt.
-
Die
Anschlußspannung
der piezoelektrischen Säule 8 steigt
auf einen Pegel an, der etwa die Hälfte des Pegels beträgt, der
durch Zuführen
der in beiden Kondensatoren 92, 93 gespeicherten
Ladung erhalten wird, wie in dem vierten Diagramm gezeigt ist. Folglich
dehnt sich die piezoelektrische Säule 8 lediglich um
die Hälfte
aus und das Ablaßventil 11b wird
zur Hälfte
geöffnet.
Der Druck in der Steuerkammer 204 konvergiert zu einem
Niveau, bei dem die Menge an durch die Einlaßöffnung 24 zugeführtem Hochdruckkraftstoff
gleich der Kraftstoffmenge wird, die durch das halb geöffnete Ablaßventil 11b in
den Ablaßdurchlaß 25 abgelassen
wird. Der Druck in der Steuerkammer 204 nimmt langsam ab
und der Grad der Druckabnahme ist kleiner als jener, der erhalten wird,
wenn die piezoelektrische Säule 8 vollständig geladen
ist, wie in dem fünften
Diagramm gezeigt ist, weil die durch das Ablaßventil 11b abgelassene Kraftstoffmenge
kleiner ist. Mit anderen Worten, der Druck in der Steuerkammer 204 nimmt
nicht ausreichend ab, um die Düsennadel 3 anzuheben.
Folglich bleibt das Einspritzloch 21 geschlossen, wenn
das Ablaßventil 11b halb
geöffnet
ist. Hochdruckkraftstoff in der gemeinsamen Leitung 12 fließt durch
den Hochdruckdurchlaß 22,
die Steuerkammer 204 und den Ablaßdurchlaß 25 in den Kraftstofftank 15 ab. Eine
wirksame Zeitspanne, während
der der Hochdruckkraftstoff abgelassen wird, ist ausreichend lang, weil
es nicht erforderlich ist, das Ablaßventil 11b und den
piezoelektrischen Aktuator 11c alternierend zu schalten.
Folglich kann der Druck in der gemeinsamen Leitung 12 schnell
vermindert werden.
-
Wenn
der Druck in der gemeinsamen Leitung 12 auf ein vorbestimmtes
Niveau abgenommen hat, wird der Entladeschalter 99 auf
pulsierende Weise geschlossen, wie in dem dritten Diagramm gezeigt ist.
Die piezoelektrische Säule 8 wird
entladen und ihre Spannung fällt
auf den ursprünglichen
Pegel, wie in dem vierten Diagramm gezeigt ist, wodurch das Ablaßventil 11b geschlossen
wird. Somit erholt sich der Druck in der Steuerkammer 204 auf
das ursprüngliche
Niveau, wie in dem fünften
Diagramm gezeigt ist. Nachdem der Druck in der Steuerkammer 204 sich
auf das ursprüngliche
Niveau erholt hat, wird der normale Einspritzbetrieb ausgeführt, der
in der linken Hälfte
von 4 gezeigt ist.
-
Nun
wird ein zweites Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung erläutert.
Im dem zweiten Ausführungsbeispiel
wird ein erster Kondensator 92 verwendet, der eine etwas
größere Kapazität hat als der
zweite Kondensator 93, im Unterschied zu dem ersten Ausführungsbeispiel,
in welchem die beiden verwendeten Kondensatoren 92, 93 die
gleiche Kapazität
haben. Die normale Einspritzung wird auf die gleiche Weise ausgeführt, wie
in der linken Hälfte
von 4 gezeigt ist, während eine Voreinspritzung
mit einer verminderten Einspritzrate auf eine Weise ausgeführt wird,
die mit unterbrochenen Linien in der rechten Hälfte von 4 gezeigt
ist.
-
Um
die Voreinspritzung oder den Einspritzungsbeginn mit einer verminderten
Einspritzrate auszuführen,
wird der zweite Schalter 98 auf pulsierende Weise zu einer
Zeit geschlossen, wenn die Einspritzung begonnen werden soll, wie
mit der unterbrochenen Linie in dem dritten Diagramm von 4 gezeigt
ist. Die piezoelektrische Säule 8 wird lediglich
von dem ersten Kondensator 92 geladen. Die Spannung der
piezoelektrischen Säule 8 erreicht den
mit der unterbrochenen Linie in dem vierten Diagramm gezeigten Pegel,
welcher niedriger ist, als der bei der normalen Einspritzung, jedoch
höher als
der beim Druckablaßvorgang
des ersten Ausführungsbeispiels.
Dies liegt daran, daß die
Kapazität
des ersten Kondensators 92, der in dem zweiten Ausführungsbeispiel
verwendet wird, höher
ist, als der des Druckablaßvorgangs
in dem ersten Ausführungsbeispiel.
Folglich ist die Druckabnahme in der Steuerkammer 204 niedriger
als bei der normalen Einspritzung, jedoch höher als bei dem Druckablaßvorgang des
ersten Ausführungsbeispiels,
wie mit der unterbrochenen Linie in dem fünften Diagramm gezeigt ist. Der Öffnungsgrad
des Ablaßventils 11b ist
proportional zu der Druckabnahme in der Steuerkammer 204. In
Folge der Druckabnahme in der Steuerkammer 204 wird die
Düsennadel 3 angehoben,
um das Einspritzloch 21 zu öffnen, wie mit der unterbrochenen Linie
in dem sechsten Diagramm gezeigt ist. Dies liegt daran, daß die Kapazität des ersten
Kondensators 92 in dem zweiten Ausführungsbeispiel so gewählt ist,
daß die
auf die Düsennadel 3 aufgebrachte Hebekraft
etwas größer wird
als der verminderte Druck in der Steuerkammer 204. Somit
wird Kraftstoff mit einer verminderten Rate aus dem Einspritzloch 21 eingespritzt,
wie mit der unterbrochenen Linie in dem siebten Diagramm gezeigt
ist.
-
Obwohl
die Voreinspritzung mit der verminderten Einspritzrate durch Wählen der
Kapazität
des ersten Kondensators 92 auf eine Größe realisiert ist, die etwas
höher ist,
als die des zweiten Kondensators 93 in dem zweiten Ausführungsbeispiel,
kann sie auch auf anderen Wegen verwirklicht werden. Beispielsweise
kann der erste Kondensator 92 auf einen höheren Pegel
geladen werden, indem eine Schließperiode (Pulsbreite) des Ladeschalters 96 geändert wird
oder indem die Spannung des Gleichspannungswandlers 91 geändert wird.
Insbesondere kann die Schließperiode
des Ladeschalters 96 entsprechend den erforderlichen Regelungen
gewählt
werden. Wenn es erforderlich ist, den Druck in der gemeinsamen Leitung
zu senken, wird der Ladeschalter 96 für eine kürzere Zeitspanne geschlossen,
während
er für
eine längere
Zeitspanne geschlossen wird, wenn die Einspritzung mit einer verminderten Einspritzrate
erforderlich ist.
-
Ein
drittes Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf 5 und 6 beschrieben.
Der mechanische Aufbau des Injektors des dritten Ausführungsbeispiels
ist gleich dem des ersten Ausführungsbeispiels.
Der Schaltkreis zum Antrieb des Injektors unterscheidet sich von
dem des ersten Ausführungsbeispiels.
Der Antriebsschaltkreis 100 des dritten Ausführungsbeispiel
ist in 5 gezeigt und treibt vier Injektoren, die an einem
Vierzylindermotor angebracht sind.
-
Ein
Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler 191 (nachfolgend als Gleichstromwandler
bezeichnet) wandelt eine Batteriespannung in eine vorbestimmte Gleichspannung
um und lädt
einen Kondensator 192, wenn ein Ladeschalter 194 geschlossen
ist. Der Kondensator 192 ist über einen Hauptschalter 195 und eine
Induktionsspule 193 mit einem Plusanschluß jeder
piezoelektrischen Säule 8 verbunden,
die das Ablaßventil 11b jedes
Injektors 11 antreiben. Ein Minusanschluß jeder
piezoelektrischen Säule 8 ist über einen
jeweiligen Hilfsschalter 196a bis 196d geerdet. Die
piezoelektrische Säule 8 wird
von dem Kondensator 192 geladen, wenn sowohl der Hauptschalter 195 als
auch der zugehörige
Hilfsschalter 196a bis 196d geschlossen sind.
Die Induktionsspule 193 wird verwendet, so daß die Anschlußspannung
der piezoelektrischen Säule 8 proportional
zu der in dem Kondensator 192 gespeicherten Ladungsmenge
wird, wenn die piezoelektrische Säule 8 geladen wird.
Eine Diode 198 ist parallel mit jedem Hilfsschalter 196a bis 196d verbunden.
Eine Verbindung des Hauptschalters 195 mit der Induktionsspule 193 ist über einen Entladeschalter 197 geerdet,
so daß die
piezoelektrische Säule 8 durch
die Induktionsspule 193 und die Diode 198 entladen
wird, wenn der Entladeschalter 197 geschlossen ist. Alle
Schalter 194, 195, 196a bis 196d und 197 sind
durch die ECU 18 gesteuert.
-
Das
dritte Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung arbeitet folgendermaßen. Beim Schließen des
Entladeschalters 194 wird der Kondensator 192 von
dem Gleichstromwandler 191 geladen. Nachdem der Kondensator 192 geladen
ist, werden der Hauptschalter 195 und einer der Hilfsschalter 196a bis 196d,
der ausgewählt
ist, gleichzeitig geschlossen, um eine der piezoelektrische Säulen 8 zu laden.
Die ausgewählte
piezoelektrische Säule 8 expandiert
und drückt
das Ventilteil 5 nach unten. Somit wird das dem gewählten Hilfsschalter 196a bis 196d entsprechende
Ablaßventil 11b geöffnet.
-
Andererseits
wird, wenn alle Hilfsschalter 196a bis 196d zur
gleichen Zeit geschlossen sind, die in dem Kondensator 192 gespeicherte
Ladung gleichmäßig auf
jede der piezoelektrischen Säulen 8 verteilt,
um alle gleichzeitig zu laden. Die Anschlußspannung aller piezoelektrischen
Säulen 8 wird
ein Viertel der Anschlußspannung,
die erhalten wird, wenn lediglich einer der Hilfsschalter 196a bis 196d geschlossen
ist. Folglich expandiert die piezoelektrische Säule 8 lediglich um
ein Viertel der vollen Ausdehnung und das Ablaßventil 11b öffnet nur
um ein Viertel der vollen Öffnung.
Dies bedeutet, daß der Öffnungsgrad
des Ablaßventils 11b auf
zwei Pegel gesetzt werden kann, indem die Betätigungsweise der Hilfsschalter 196a bis 196d ausgewählt wird.
-
Unter
Bezugnahme auf 6 wird der Betrieb des Injektors 11 genauer
erläutert.
Die linke Hälfte
von 6 zeigt eine normale Einspritzsteuerung, während die
rechte Hälfte
eine Steuerung zur Verminderung des Drucks in der gemeinsamen Leitung 12 zeigt,
auf die gleiche Weise wie 4. Zunächst wird
die normale Einspritzsteuerung erläutert. Nachdem der Kondensator 192 geladen
ist, werden der Hauptschalter 195 und einer der Hilfsschalter 196a bis 196d,
der zum Einspritzen von Kraftstoff aus dem entsprechenden Injektor
ausgewählt
ist (in dem in 6 gezeigten Beispiel ist der
Hilfsschalter 196a ausgewählt) gleichzeitig geschlossen,
wie in dem ersten Diagramm von 6 gezeigt
ist. Alle anderen Hilfsschalter 196b bis 196d bleiben
offen, wie in dem zweiten, dritten und vierten Diagramm gezeigt
ist. Die piezoelektrische Säule 8,
die dem geschlossenen Hilfsschalter 196 entspricht, ist
vollständig
geladen und ihre Anschlußspannung
steigt auf den maximalen Pegel an, wie in dem sechsten Diagramm
gezeigt ist. Die piezoelektrische Säule 8 expandiert vollständig, um
das Ablaßventil 11b vollständig zu öffnen. Die Ausdehnung
der piezoelektrischen Säule 8,
die Verlagerung des Kolbens 6, die Abwärtsbewegung des Ventilteils 5 und
der Öffnungsgrad
des Ablaßventils 11b sind
alle proportional zur Wellenform der Anschlußspannung der piezoelektrischen
Säule 8. Wenn
das Ablaßventil 11b vollständig öffnet, wird Kraftstoff
in der Steuerkammer 204 rasch in den Ablaßdurchlaß 25 abgegeben, wodurch
der Druck in der Steuerkammer 204 tief abgesenkt wird,
wie in dem siebten Diagramm gezeigt ist. Weil die Hebekraft, die auf
die Düsennadel 3 aufgebracht
wird, den Druck in der Steuerkammer 204 übersteigt,
wird die Düsennadel 3 angehoben,
um das Einspritzloch 21 zu öffnen, wie in dem achten Diagramm
gezeigt ist. Somit wird der Kraftstoff von dem Injektor 11 in Übereinstimmung
mit dem gewünschten
Hilfsschalter 196a eingespritzt, wie in dem neunten Diagramm
gezeigt ist.
-
Zu
einem Zeitpunkt, der entsprechend den Motorbetriebsbedingungen berechnet
ist, wird der Entladeschalter 194 geschlossen, wie in dem
fünften Diagramm
gezeigt ist. Die Ladung in der piezoelektrischen Säule 8 wird
entladen und ihre Anschlußspannung
fällt auf
den Ursprungspegel ab, wie in dem sechsten Diagramm gezeigt ist.
Die piezoelektrische Säule 8 schrumpft
auf die ursprüngliche
Länge,
wodurch sie das Ablaßventil 11b schließt. Im Ergebnis ist
die Verbindung zwischen der Steuerkammer 204 und dem Ablaßdurchlaß 25 unterbrochen
und der Druck in der Steuerkammer baut sich erneut durch dahinein
durch den Hochdruckdurchlaß 23 fließenden Hochdruckkraftstoff
auf, wie in dem siebten Diagramm gezeigt ist. Entsprechend wird
die Düsennadel 3 herabgedrückt, um
das Einspritzloch 21 zu schließen, wie in dem achten Diagramm
gezeigt ist. Somit ist die Kraftstoffeinspritzung beendet, wie in dem
neunten Diagramm gezeigt ist. Jeder der Injektoren entsprechend
der gewählten
Hilfsschalter 196a bis 196d arbeitet auf die gleiche
Weise, wie sie oben beschrieben ist.
-
Die
Steuerung zur Verminderung des Drucks in der gemeinsamen Leitung 12 wird
unter Bezugnahme auf die rechte Hälfte von 6 erläutert. Diese
Steuerung kann ausgeführt
werden, ohne mit der Motordrehung synchronisiert zu sein, weil diese Steuerung
ausgeführt
wird, wenn keine Einspritzung erforderlich ist. Nachdem der Kondensator 192 geladen
ist, werden der Hauptschalter 195 und alle Hilfsschalter 196a bis 196d gleichzeitig
auf pulsierende Weise geschlossen, wie in dem ersten bis vierten
Diagramm von 6 gezeigt ist. Die in dem Kondensator 192 gespeicherte
Ladung wird gleichmäßig auf jede
piezoelektrische Säule 8 verteilt.
Diese verteilte Ladung reicht nicht aus, um jede piezoelektrische Säule 8 vollständig zu
laden, sondern erfüllt
lediglich ein Viertel der vollen Ladung.
-
Die
Anschlußspannung
der piezoelektrischen Säule 8 steigt
an, wie in dem sechsten Diagramm gezeigt ist. Entsprechend expandiert
die piezoelektrische Säule 8 lediglich
um ein Viertel ihrer gesamten Expansion und das Ablaßventil 11b öffnet lediglich
zu einem Viertel seiner vollständigen Öffnung. Der
Druck in der Steuerkammer 204 nimmt auf ein Niveau ab,
welches durch ein Gleichgewicht zwischen der durch die Einlaßöffnung 24 zugeführten Menge
an Hochdruckkraftstoff und der in den Ablaßdurchlaß 25 abgegebenen Kraftstoffmenge
bestimmt ist, wie in dem siebten Diagramm gezeigt ist. Weil der Öffnungsgrad
des Ablaßventils 11b klein
ist, nimmt der Druck in der Steuerkammer 204 allmählich ab und
der Betrag der Druckabnahme ist klein. Dies bedeutet, daß der Druck
in der Steuerkammer 204 weiterhin zu hoch ist, um die Düsennadel 3 anzuheben, um
das Einspritzloch 21 zu öffnen. Folglich bleibt die Düsennadel 3 aufgesetzt,
auch wenn das Ablaßventil 11b bis
zu einem bestimmten Grad geöffnet
ist, wie in dem achten Diagramm gezeigt ist, und es wird keine Einspritzung
ausgeführt,
wie in dem neunten Diagramm gezeigt ist. Somit kann der Kraftstoffdruck
in der gemeinsamen Leitung 12 vermindert werden, indem
Kraftstoff durch das Ablaßventil 11b abgelassen wird,
während
das Einspritzloch 21 geschlossen ist. Es ist eine ausreichende
Zeitspanne zum Ablassen des Kraftstoffs verfügbar, weil kein Schaltvorgang des
Ablaßventils 11b und
des piezoelektrischen Aktuators 11c erforderlich ist, und
entsprechend kann der Druck in der gemeinsamen Leitung rasch vermindert
werden.
-
Nachdem
der Druck in der gemeinsamen Leitung 12 auf ein vorbestimmtes
Niveau abgesenkt ist, wird der Entladeschalter 197 geschlossen,
wie in dem fünften
Diagramm gezeigt ist. Alle piezoelektrischen Säulen 8 werden entladen,
wodurch ihre Anschlußspannung
auf den Ursprungspegel gesenkt wird, wie in dem sechsten Diagramm
gezeigt ist. Im Ergebnis erholt sich der Druck in der Steuerkammer 204 auf
ein ursprüngliches
Niveau, wie in dem siebten Diagramm gezeigt ist. Nachdem der Steuerkammerdruck
sich auf das ursprüngliche
Niveau erholt hat, wird die normale Einspritzsteuerung ausgeführt.
-
Das
oben beschriebene dritte Ausführungsbeispiel
kann auf verschiedene Weise modifiziert werden. Beispielsweise kann
in der Steuerung zur Veränderung
des Drucks in der gemeinsamen Leitung anstelle der Verteilung der
in dem Kondensator 192 gespeicherten Ladung auf vier piezoelektrische Säulen 8 die
gespeicherte Ladung lediglich auf zwei oder drei piezoelektrischen
Säulen 8 verteilt
werden. Auf diese Weise kann das Ablaßventil 11b auch teilweise
geöffnet
werden, während
das Einspritzloch 11 geschlossen gehalten wird, so daß der Kraftstoff
in den Ablaßdurchlaß 25 abgelassen
wird, um den Druck in der gemeinsamen Leitung zu senken. Ferner
ist der Motor, für
den das dritte Ausführungsbeispiel
verwendet ist, nicht auf einen Vierzylindermotor beschränkt, sondern
es kann jeder Motor sein, der zwei oder mehr Zylinder hat.
-
Der
in 1 gezeigte Injektoraufbau kann modifiziert werden.
Beispielsweise kann, obwohl der Kolben 6 in dem in 1 gezeigten
Aufbau unmittelbar in Anlage gegen das Ventilteil 5 ist,
ein bestimmter Raum dazwischen vorgesehen werden und Kraftstoff
kann in den Raum gefüllt
sein, so daß die
Druckkraft des Kolbens 6 indirekt auf das Ventilteil 5 übertragen
wird und ein thermischer Ausdehnungsunterschied zwischen der piezoelektrischen
Säule 8 und dem
Injektorgehäuse 2 absorbiert
wird. In diesem Fall ist es nicht erforderlich, den Kolben 6 koaxial
mit dem Ventilteil 5 anzuordnen und die piezoelektrische Säule 8 kann
so angeordnet werden, daß ihre
Ausdehnungsrichtung senkrecht zur Bewegungsrichtung des Ventilteils 5 ist.
Obwohl das Ablaßventil 11b als ein
nach außen öffnendes
Ventil beschrieben ist, kann es ein Ventil sein, das nach innen öffnet.
-
Es
ist in dem Entladevorgang der piezoelektrischen Säule 8 zudem
möglich,
einen Teil der der piezoelektrischen Säule 8 zugeführten Ladungen
in den ersten und zweiten Kondensator 92, 93 (2) zurückzugewinnen,
indem der zweite Schalter 98 für eine kurze Zeit geschlossen
wird, bevor der Entladeschalter 99 geschlossen wird. Auf
diese Weise kann Leistung zum Betrieb des Antriebsschaltkreises 9 eingespart
werden. Obwohl die vorliegende Erfindung auf die Einspritzvorrichtung
zur Verwendung in einem Einspritzsystem mit gemeinsamer Leitung (common
rail) in der vorhergehenden Beschreibung angewandt wurde, kann sie
auf die Vorrichtung zur Verwendung in anderen Systemen angewandt
werden.
-
Während die
vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die vorhergehenden bevorzugten Ausführungsbeispiele
gezeigt und beschrieben wurden, ist es für den Fachmann offensichtlich,
daß Änderungen
in der Form und in Einzelheiten daran vorgenommen werden können, ohne
den Bereich der Erfindung zu verlassen, wie er in den nachfolgenden Ansprüchen definiert
ist.
-
Ein
Ablaßventil 11b zur
Steuerung eines Einspritzzeitpunkts und Kraftstoffdrucks in einer
gemeinsamen Leitung 12 ist in einem Kraftstoffinjektor 11 angeordnet.
Das Ablaßventil
ist durch eine piezoelektrischen Aktuator 11c angetrieben,
der sich entsprechend diesem zugeführter elektrischer Ladung ausdehnt
oder schrumpft. In Kondensatoren 92, 93, 192 gespeicherte
elektrische Ladung wird dem Aktuator 11c auf gesteuerte
Weise zugeführt.
Das Ablaßventil 11b öffnet vollständig, wenn
eine große
Ladungsmenge dem piezoelektrischen Aktuator zugeführt wird,
während
es teilweise öffnet,
wenn eine kleine Menge an Ladung zugeführt wird. Beim vollständigen Öffnen des
Ablaßventils
wird ein Einspritzloch 21 geöffnet, um Kraftstoff von dem
Injektor einzuspritzen. Bei der teilweisen Öffnung bleibt das Einspritzloch
geschlossen, während
der Druck in der gemeinsamen Leitung 12 vermindert wird,
indem Kraftstoff durch das Ablaßventil 11b abgelassen
wird. Folglich kann der Druck in der gemeinsamen Leitung wirksam
vermindert werden, wenn dies erforderlich ist, ohne eine komplexe
Einrichtung zu verwenden.