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DE10157886A1 - Fuel injection unit for especially diesel engine has control valve to increase and reduce pressure in control chamber, whereby jet needle is opened if pressure in control chamber drops - Google Patents

Fuel injection unit for especially diesel engine has control valve to increase and reduce pressure in control chamber, whereby jet needle is opened if pressure in control chamber drops

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DE10157886A1
DE10157886A1 DE2001157886 DE10157886A DE10157886A1 DE 10157886 A1 DE10157886 A1 DE 10157886A1 DE 2001157886 DE2001157886 DE 2001157886 DE 10157886 A DE10157886 A DE 10157886A DE 10157886 A1 DE10157886 A1 DE 10157886A1
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fuel injection
control
nozzle
stroke
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Toshihiko Igashira
Ryo Katsura
Toshio Kondo
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Denso Corp
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Priority claimed from JP2001207830A external-priority patent/JP2003021024A/en
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Abstract

The unit has a control valve (5) to increase and reduce the pressure in the control chamber (4), whereby the jet needle (12) is opened if the pressure in the control chamber drops. The fuel injection unit additionally has a control section in order to control the lift position of the jet needle at a predetermined position which is lower than a full stroke position during a period of fuel injection while the pressure in the control chamber is held at a high value which is higher than the full stroke pressure of the jet needle if the control valve is controlled so that it opens and closes.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Kraftstoffeinspritzeinheit eines Verbrennungsmotors wie beispielsweise eines Dieselmotors. Genauer gesagt bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung, bei der der Hub der Düsennadel variabel gesteuert werden kann. Außerdem bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Kraftstoffeinspritzeinheit, deren Einspritzrate geändert werden kann.The present invention relates to a Fuel injection unit of an internal combustion engine such as for example a diesel engine. More specifically, refers the present invention to a Fuel injector where the stroke of the nozzle needle can be variably controlled. In addition, the present invention to a fuel injection unit, the Injection rate can be changed.

Um Kraftstoff unter hohem Druck in einen Motor wie beispielsweise einen Dieselmotor einzuspritzen, wird herkömmlicherweise eine Kraftstoffeinspritzeinheit der Common Rail-Art angewendet. Bei dieser Kraftstoffeinspritzeinheit wird der Kraftstoff von einer Common Rail zu einem Kraftstoffeinspritzventil von jedem Zylinder geliefert und es wird ein Kraftstoffeinspritzventil der Solenoidantriebsart weitgehend als dieses Kraftstoffeinspritzventil verwendet. In der Vergangenheit wurde ein Kraftstoffeinspritzventil der piezoelektrischen Antriebsart vorgeschlagen, bei dem ein piezoelektrisches Betätigungsglied angewendet wird, das in Übereinstimmung mit einer angelegten Spannung sich ausdehnt und zusammenzieht. Bei diesem Kraftstoffeinspritzventil der piezoelektrischen Antriebsart wird die Verschiebung des piezoelektrischen Betätigungsgliedes direkt oder hydraulisch zu einer Düsennadel übertragen. Daher ist dieses Kraftstoffeinspritzventil der piezoelektrischen Antriebsart vorteilhaft im Hinblick auf seine hohen Kraftstoffeinspritzansprecheigenschaften.To like fuel under high pressure in an engine for example, to inject a diesel engine conventionally a common fuel injection unit Rail art applied. With this fuel injection unit the fuel from one common rail to one Fuel injector supplied by each cylinder and it becomes a solenoid drive type fuel injection valve largely used as this fuel injector. In the past was a fuel injector Piezoelectric drive proposed in which a piezoelectric actuator is used, which in Consistency with an applied voltage expands and contracts. In this fuel injector piezoelectric drive type will shift the piezoelectric actuator directly or hydraulically transferred to a nozzle needle. Therefore this is Piezoelectric drive type fuel injector advantageous in terms of its high Kraftstoffeinspritzansprecheigenschaften.

Bei diesen herkömmlichen Kraftstoffeinspritzeinheiten wird die Menge an eingespritztem Kraftstoff durch die Ventilöffnungszeit der Düsennadel gesteuert. Jedoch ist eine vorbestimmte Zeitspanne für das Ventilöffnen und das Ventilschließen der Düsennadel erforderlich. Daher verhält sich die Düsennadel unstabil, wenn die Menge an eingespritztem Kraftstoff gering ist, das heißt wenn die Zeitspanne der Kraftstoffeinspritzung klein ist. Demzufolge ist es schwierig, die Kraftstoffeinspritzmenge zuverlässig zu steuern. Um die vorstehend dargelegten Probleme zu lösen, haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung Untersuchungen in Bezug auf ein Verfahren durchgeführt, durch das der Hub der Düsennadel variabel so gesteuert wird, dass eine geringfügige Menge an Kraftstoff mit einer hohen Steuerbarkeit eingespritzt werden kann. Was die Kraftstoffeinspritzeinheit betrifft, bei der eine variable Steuerung bei dem Hub der Düsennadel durch ein Kraftstoffeinspritzventil der piezoelektrischen Antriebsart ausgeführt wird, so ist ein Beispiel in dem US-Patent Nr. 5 803 370 offenbart. Gemäß diesem Patent wird, wenn eine an einem piezoelektrischen Betätigungsglied angelegte Spannung gesteuert wird, der Hub der durch eine mit dem piezoelektrischen Antriebsglied einstückigen Stange angetriebenen Düsennadel so verändert, dass die Düsennadel bei einer Zwischenposition (halbe Hubposition) zwischen einer Kontaktposition der Düsennadel mit dem Ventilsitz und einer Vollhubposition gehalten werden kann.In these conventional fuel injection units, the Amount of fuel injected through the valve opening time the nozzle needle controlled. However, it is a predetermined one  Period of time for opening and closing the valve Nozzle needle required. Therefore the nozzle needle behaves unstable when the amount of fuel injected is low is, that is when the period of fuel injection is small. As a result, it is difficult to Control fuel injection quantity reliably. To the To solve the problems set out above, the inventors of present invention studies relating to a method performed by which the stroke of the nozzle needle is variable is controlled with a small amount of fuel a high controllability can be injected. What the Fuel injection unit relates to a variable Control by the stroke of the nozzle needle Piezoelectric drive type fuel injector is an example in U.S. Patent No. 5,803,370 disclosed. According to this patent, if one on one piezoelectric actuator applied voltage controlled is the stroke of the one with the piezoelectric Drive member one-piece rod driven nozzle needle like this changed that the nozzle needle at an intermediate position (half Stroke position) between a contact position of the nozzle needle the valve seat and a full lift position can be held.

Jedoch treibt gemäß der in dem US Patent Nr. 5 803 370 offenbarten vorstehend beschriebenen Kraftstoffeinspritzeinheit die Stange, die mit dem piezoelektrischen Betätigungsglied zu einem Körper einstückig ausgebildet ist, direkt die Düsennadel an. Daher ist es erforderlich, dass das piezoelektrische Betätigungsglied entsprechend der Verschiebung der Düsennadel verschoben wird und dass außerdem das piezoelektrische Betätigungsglied eine Kraft entsprechend Verschiebung der Düsennadel erzeugt. Aus den vorstehend dargelegten Gründen nimmt die Größe des piezoelektrischen Betätigungsgliedes zwangsweise mit der zum Antreiben des piezoelektrischen Betätigungsgliedes erforderlichen Intensität der Energie zu. Des weiteren ist es zum Anhalten der Düsennadel an einer vorbestimmten Halbhubposition erforderlich, ein Dämpferelement vorzusehen. Genauer gesagt ist ein Dämpferkolben gleitfähig um die Stange herum angeordnet, um die Düsennadel anzutreiben, und eine Dämpferkammer ist an der oberen Position angeordnet. Des weiteren ist eine mit der Dämpferkammer in Verbindung stehende Kraftstoffkammer an einer unteren Position des Dämpferkolbens angeordnet, um zu verhindern, dass die Stange und die Düsennadel während des Zusammenziehens des piezoelektrischen Betätigungsgliedes behindert werden. Wie dies vorstehend beschrieben ist, ist der in dem US-Patent Nr. 5 803 370 offenbarte Aufbau der Kraftstoffeinspritzeinheit kompliziert.However, according to that in U.S. Patent No. 5,803,370 disclosed the fuel injection unit described above the rod attached to the piezoelectric actuator is formed in one piece, directly the nozzle needle on. Therefore, it is required that the piezoelectric Actuator according to the displacement of the nozzle needle is shifted and that also the piezoelectric Actuator a force corresponding to the displacement of the Nozzle needle generated. For the reasons set out above the size of the piezoelectric actuator is forced with that for driving the piezoelectric actuator required intensity of energy too. Furthermore, it is for stopping the nozzle needle at a predetermined one  Half stroke position required to provide a damper element. More specifically, a damper piston is slidable around the rod arranged around to drive the nozzle needle, and one Damper chamber is located at the upper position. Of another is connected to the damper chamber Fuel chamber at a lower position of the damper piston arranged to prevent the rod and the nozzle needle while contracting the piezoelectric Actuator are hindered. Like this above is that described in U.S. Patent No. 5,803,370 disclosed structure of the fuel injection unit complicated.

Andererseits ist eine Kraftstoffeinspritzeinheit geschaffen worden, bei der ein Gegendruck einer Düsennadel durch ein Hydrauliksteuerventil gesteuert wird, das durch ein piezoelektrisches Betätigungsglied angetrieben wird. Bei dieser Kraftstoffeinspritzeinheit ist das Hydrauliksteuerventil derart aufgebaut, dass es zwischen einer Steuerkammer zum Aufbringen eines Gegendruckes an der Düsennadel und einem Ablaufkanal öffnen und schließen kann. Wenn der Druck in der Steuerkammer in Übereinstimmung mit dem Öffnungsvorgang und Schließvorgang des Ablaufkanals zunimmt und abnimmt, wird die Düsennadel angehoben und abgesenkt. Bei dieser Kraftstoffeinspritzeinheit ist es ausreichend, dass das piezoelektrische Betätigungsglied eine zum Antreiben des Hydrauliksteuerventils erforderliche Verschiebung erzeugt. Es ist daher möglich, die Größe dieser Kraftstoffeinspritzeinheit zu verringern. Jedoch sind bislang keine Untersuchungen in Bezug auf die Halbhubsteuerung durchgeführt worden.On the other hand, a fuel injection unit is created been in which a back pressure of a nozzle needle through a Hydraulic control valve is controlled by a piezoelectric actuator is driven. At this Fuel injection unit is the hydraulic control valve built up that it's between a control chamber for application a back pressure on the nozzle needle and a drain channel can open and close. If the pressure in the control chamber is in Agreement with the opening and closing process of the Drain channel increases and decreases, the nozzle needle is raised and lowered. With this fuel injection unit, it is sufficient that the piezoelectric actuator one to Driving the hydraulic control valve required displacement generated. It is therefore possible to size this Reduce fuel injection unit. However so far no investigations regarding the half stroke control Have been carried out.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kraftstoffeinspritzeinheit zu schaffen, bei der der Gegendruck der Düsennadel durch ein Hydrauliksteuerventil gesteuert wird, wobei sie durch folgendes gekennzeichnet ist: eine Halbhubsteuerung der Düsennadel kann durchgeführt werden; die Größe der Kraftstoffeinspritzeinheit ist gering und die Steuerbarkeit der Kraftstoffeinspritzeinheit ist hoch.It is an object of the present invention To create fuel injection unit at which the back pressure the nozzle needle is controlled by a hydraulic control valve, characterized by the following: a Half stroke control of the nozzle needle can be carried out; the  The size of the fuel injection unit is small and the The controllability of the fuel injection unit is high.

Die Kraftstoffeinspritzeinheit eines Verbrennungsmotors ist mit einer Einspritzeinrichtung versehen, um einen Kraftstoff zum Ausbilden eines Gemisches in jedem Zylinder einzuspritzen. Die Einspritzeinrichtung kann zwischen dem Einspritzen von Kraftstoff, bei dem Kraftstoff aus einem Düsenloch eingespritzt wird, und dem Anhalten des Kraftstoffes durch die Wirkung einer Nadel, die geradlinig bewegt wird, frei umschalten. Ein Antriebszustand der Nadel wird zwischen dem ersten angetriebenen Zustand, bei dem die Nadel in eine Richtung derart gedrückt wird, dass die Verschiebung der Nadel 0 ist, und dem zweiten Antriebszustand gewählt, bei dem die Antriebsrichtung entgegengesetzt zu derjenigen des ersten Antriebszustandes ist und die Nadel in eine Richtung derart gedrückt wird, dass die Verschiebung der Nadel maximal ist. Wenn der Antriebszustand der Nadel in dieser Weise umgeschaltet wird, kann das Einspritzen von Kraftstoff zwischen Start und Anhalten geändert werden.The fuel injection unit of an internal combustion engine is included an injector to deliver a fuel to the Form a mixture to inject into each cylinder. The Injector can be between the injection of Fuel where fuel is injected from a nozzle hole and stopping the fuel by the action of a Switch the needle that is moved in a straight line freely. On Drive state of the needle is driven between the first one State in which the needle is pushed in one direction is that the displacement of the needle is 0, and the second Drive state selected in which the drive direction is opposite to that of the first drive state and the needle is pushed in a direction such that the Maximum displacement of the needle. If the drive state of the Needle is switched in this way, the injection of fuel can be changed between start and stop.

Ein typischer Aufbau zum Umschalten des Antriebszustandes der Nadel ist nachstehend beschrieben.A typical setup for switching the drive state of the Needle is described below.

Eine Drückkraft in der Ventilöffnungsrichtung wird stets auf die Nadel durch den mit Druck beaufschlagten Kraftstoff ausgeübt. Gleichzeitig ist an der hinteren Endflächenseite der Nadel eine Gegendruckkammer zum Erzeugen eines Gegendruckes in dem Kraftstoff vorgesehen, durch die die Nadel in der Ventilschließrichtung gedrückt wird, so dass ein Gegendruck zwischen einem hohen Zustand und einem niedrigen Zustand verändert werden kann. Wird der Gegendruck durch den Druck des Kraftstoffes erhöht, der von der Hochdruckquelle in die Gegendruckkammer eingeleitet wird, und die Nadel wird in die Richtung zu dem Sitz hin gedrückt, in der eine Verschiebung der Nadel zu 0 wird. Bei dem zweiten Antriebszustand wird der Gegendruck verringert, wenn der Kraftstoff in der Gegendruckkammer zu einer Niedrigdruckquelle abgegeben wird, und die Nadel wird in die Hubrichtung gedrückt, in der die Verschiebung der Nadel maximal wird.A pushing force in the valve opening direction is always on the Needle exerted by the pressurized fuel. At the same time, there is one on the rear end face side of the needle Back pressure chamber for generating a back pressure in the Provided fuel through which the needle in the Valve closing direction is pressed so that a back pressure between a high state and a low state can be changed. Is the back pressure by the pressure of the Fuel increases from the high pressure source in the Back pressure chamber is introduced, and the needle is in the Pressed towards the seat in which a shift of the Needle becomes 0. In the second drive state, the Back pressure decreases when the fuel is in the  Back pressure chamber is delivered to a low pressure source, and the needle is pushed in the stroke direction in which the Maximum displacement of the needle.

Das Einleiten von Kraftstoff in die und das Abgeben von Kraftstoff aus der Gegendruckkammer kann durch ein 2-Wege-Ventil oder ein 3-Wege-Ventil geändert werden, das zwischen der Gegendruckkammer und der Niedrigdruckquelle angeordnet ist. Die Öffnungs- und Schließbewegung wird durch ein an der Einspritzeinrichtung montiertes Betätigungsglied ausgeführt.Injecting and dispensing fuel Fuel from the back pressure chamber can be drawn through a 2-way valve or a 3-way valve can be changed between the Back pressure chamber and the low pressure source is arranged. The Opening and closing movement is carried out by one on the Injector mounted actuator executed.

In diesem Zusammenhang sind in der Vergangenheit erneute Versuche unternommen worden, um das Abgas zu reinigen oder die Leistung eines Verbrennungsmotors zu erhöhen, indem die Einspritzrate oder der Zerstäubungszustand in Übereinstimmung mit dem Antriebszustand des Verbrennungsmotors geändert wird, beispielsweise indem die Einspritzrate oder der Zerstäubungszustand zwischen einem Niedrigdrehzahlbereich und einem Hochdrehzahlbereich geändert wird oder alternativ indem die Einspritzrate oder der Zerstäubungszustand zwischen einem Leichtlastbereich und einem Schwerlastbereich geändert wird, so dass der beste Verbrennungszustand verwirklicht werden kann, der für den Antriebszustand geeignet ist. Für die Einrichtung zum Ändern der Einspritzrate oder des Zerstäubungszustandes werden die folgenden Verfahren angewendet. Die Querschnittsfläche eines Strömungskanals zum Bestimmung der Strömungsrate der Einspritzung wird im Wesentlichen durch die Öffnungsfläche des Düsenloches bestimmt. Jedoch wird bei einem Anfangszustand, bei dem ein Endabschnitt der Nadel mit dem Anheben aus einem Referenzzustand beginnt, bei dem ein Endabschnitt der Nadel an dem Sitz sitzt, die Querschnittsfläche des Kanals zum Bestimmen der Strömungsrate der Einspritzung durch den Zwischenraum bestimmt, der zwischen dem Endabschnitt der Nadel und dem Sitz ausgebildet ist. Diese Querschnittsfläche des Kanals wird erhöht, wenn der Hub zunimmt. Jedoch wird, nachdem der Hub einen vorbestimmten Wert erreicht hat, diese Querschnittsfläche des Kanals durch die Öffnungsfläche des Düsenloches bestimmt. Daher wird die Nadel bei einem Zwischenzustand (halber Hub), bei dem die Nadel nicht den Gesamthub erreicht, so gesteuert, dass die Kraftstoffeinspritzung in Übereinstimmung mit der Öffnungsfläche ausgeführt wird, die durch den Zwischenraum bestimmt wird, der zwischen dem Endabschnitt der Nadel und dem Sitz ausgebildet ist.In this context, there have been renewed ones in the past Attempts have been made to purify the exhaust gas or the Increase performance of an internal combustion engine by the Injection rate or atomization state in accordance is changed with the drive state of the internal combustion engine, for example by the injection rate or the Atomization state between a low speed range and a high speed range is changed or alternatively by the injection rate or atomization state between one Light load area and a heavy load area is changed, so that the best combustion state can be realized, that is suitable for the drive state. For the establishment of the Change the injection rate or the atomization state applied the following procedures. The cross-sectional area of a Flow channel for determining the flow rate of the Injection is essentially through the opening area of the Nozzle hole determined. However, at an initial state, at which has an end portion of the needle lifting from one Reference state begins at which an end portion of the needle is on seated to determine the cross-sectional area of the channel the flow rate of the injection through the space determined between the end portion of the needle and the seat is trained. This cross-sectional area of the channel will increases as the stroke increases. However, after the hub becomes a has reached a predetermined value, this cross-sectional area of the  Channel determined by the opening area of the nozzle hole. Therefore the needle is in an intermediate state (half stroke) in which the needle does not reach the total stroke, controlled so that the Fuel injection in accordance with the opening area that is determined by the space that formed between the end portion of the needle and the seat is.

Als eine spezifische Einrichtung zum Verwirklichen eines Zustandes eines halben Hubes ist es beispielsweise möglich, eine Einrichtung in Erwägung zu ziehen, durch die ein Gegendruck der Nadel zwischen zwei Schritten geändert wird, indem die Strömungsrate des aus der Gegendruckkammer abgegebenen Kraftstoffes eingestellt wird. Jedoch hat diese Einrichtung einen Nachteil dahingehend, dass der Aufbau im Vergleich zu einem einfachen Einspritzeinrichtungsaufbau kompliziert wird, bei dem der Antriebszustand der Nadel einfach zwischen zwei Werten geändert wird.As a specific facility for realizing one State of a half stroke, it is possible, for example Facility to be considered by a back pressure of the Needle is changed between two steps by the Flow rate of the discharged from the back pressure chamber Fuel is set. However, this facility does a disadvantage in that the structure compared to a simple injector structure becomes complicated, where the drive state of the needle is simply between two Values is changed.

Die vorliegende Erfindung ist im Hinblick auf die vorstehend dargelegten Umstände ausgeführt worden und ihre Aufgabe ist es, eine Kraftstoffeinspritzeinheit zu schaffen, die zu einem Ändern der Kraftstoffeinspritzrate mittels eines einfachen Aufbaus in der Lage ist.The present invention is in view of the above outlined circumstances and their job is to to create a fuel injection unit that will change the fuel injection rate by means of a simple construction in able.

Eine Kraftstoffeinspritzeinheit des ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung weist folgendes auf: eine Steuerkammer zum Ausüben eines Druckes in einer Ventilschließrichtung an einer Düsennadel zum Öffnen und Schließen eines Düsenloches; und ein Steuerventil zum Erhöhen und Vermindern des Druckes in der Steuerkammer, wenn das Steuerventil geöffnet und geschlossen wird, wobei die Düsennadel geöffnet wird, wenn der Druck in der Steuerkammer abnimmt.A fuel injection unit of the first embodiment of the present invention comprises: a Control chamber for exerting pressure in a Valve closing direction on a nozzle needle for opening and Closing a nozzle hole; and an increase control valve and reducing the pressure in the control chamber if that Control valve is opened and closed, the nozzle needle is opened when the pressure in the control chamber decreases.

Die Kraftstoffeinspritzeinheit weist des weiteren einen Steuerabschnitt auf, um eine Hubposition der Düsennadel bei einer vorbestimmten Position, die niedriger als eine Gesamthubposition ist, in einer Periode der Kraftstoffeinspritzung zu steuern, während der Druck in der Steuerkammer bei einem Wert gehalten wird, der höher als der Druck des Gesamthubs der Düsennadel ist, wenn das Steuerventil so gesteuert wird, dass es öffnet und schließt.The fuel injection unit also has one Control section on to a stroke position of the nozzle needle  a predetermined position lower than one Total stroke position is in a period of Control fuel injection while the pressure in the Tax chamber is held at a value higher than that Pressure of the total stroke of the nozzle needle is when the control valve is controlled so that it opens and closes.

Bei der Kraftstoffeinspritzeinheit mit dem vorstehend dargelegten Aufbau, bei dem der Druck der Steuerkammer zum Ausüben eines Gegendrucks an der Düsennadel durch das Steuerventil gesteuert wird, beispielsweise ist es dann, wenn das Steuerventil wiederholt geöffnet und geschlossen wird, möglich, den Druck in der Steuerkammer in einem vorbestimmten Bereich zu halten. Demgemäß ist es möglich, die Düsennadel bei einer beliebigen Position vor der Gesamthubposition zu steuern, und es ist beispielsweise möglich, die Düsennadel bei einer Halbhubposition zu steuern, indem der Druck in der Steuerkammer gesteuert wird. Folglich ist es möglich, die Steuerbarkeit der Kraftstoffeinspritzeinrichtung zu verbessern, ohne die Größe der Einheit zu erhöhen und auch ohne den Aufbau kompliziert zu gestalten. Daher ist es möglich, eine Kraftstoffeinspritzeinheit zu verwirklichen, deren Größe gering ist und deren Steuerbarkeit hoch ist.In the fuel injection unit with the above set-up, in which the pressure of the control chamber to Exerting a counter pressure on the nozzle needle through the Control valve is controlled, for example, when the control valve is opened and closed repeatedly, possible to set the pressure in the control chamber in a predetermined Keep area. Accordingly, it is possible to add the nozzle needle to control any position before the total stroke position, and it is possible, for example, the nozzle needle at a Half stroke position to control by the pressure in the control chamber is controlled. Consequently, it is possible to control the Improve fuel injector without reducing the size of the Increase unit and even without building complicated shape. Therefore, it is possible to use a fuel injection unit to realize, their size is small and their controllability is high.

Genauer gesagt wird gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung das Steuerventil geöffnet, wenn Energie zu ihm geliefert wird, so dass die Steuerkammer mit einem Ablaufkanal in Verbindung steht, und der Steuerabschnitt steuert den Druck in der Steuerkammer, wenn der Steuerabschnitt eine Öffnungs- und Schließbewegung des Steuerventils wiederholt. Genauer gesagt wird in einem normalen Zustand das Steuerventil geschlossen, so dass die Steuerkammer bei einem hohen Druck gehalten wird. Wenn das Steuerventil durch den Steuerabschnitt geöffnet wird, wird der Druck in der Steuerkammer verringert. Wenn die Öffnungs- und Schließbewegung wiederholt wird, wird der Druck in der Steuerkammer erhöht und vermindert, so dass die Düsennadel gesteuert werden kann und bei einer erwünschten Hubposition gehalten werden kann.More specifically, according to the second embodiment, FIG present invention the control valve opens when power is delivered to him so that the tax chamber with a Drain channel is connected, and the control section controls the pressure in the control chamber when the control section is a Opening and closing movement of the control valve repeated. More specifically, the control valve is in a normal state closed so that the control chamber at a high pressure is held. When the control valve through the control section is opened, the pressure in the control chamber is reduced. If the opening and closing movement is repeated, the Pressure in the control chamber increases and decreases so that the  Nozzle needle can be controlled and at a desired Stroke position can be maintained.

Bei dem dritten Ausführungsbeispiel der folgenden Erfindung liefert der Steuerabschnitt Energie zu dem Steuerventil, so dass das Steuerventil wiederholt bei einer vorbestimmten Periode für eine vorbestimmte Zeit lang geöffnet werden kann. Wenn zu diesem Zeitpunkt das Steuerventil eine konstante Ventilöffnungs- und Ventilschließbewegung wiederholt, wird der Druck in der Steuereinheit wiederholt in einem konstanten Bereich erhöht und verringert. Daher ist es möglich, die Düsennadel so zu steuern, dass eine Hubposition der Düsennadel in einem konstanten Bereich gehalten werden kann.In the third embodiment of the following invention the control section supplies power to the control valve so that the control valve repeats at a predetermined period for can be opened for a predetermined time. If to this Timing the control valve a constant valve opening and Repeated valve closing movement, the pressure in the Control unit repeatedly increased and in a constant range reduced. It is therefore possible to control the nozzle needle in such a way that a stroke position of the nozzle needle in a constant range can be held.

Bei dem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung führt der Steuerabschnitt wiederholt eine Öffnungs- und Schließbewegung des Steuerventils derart aus, dass eine Ventilöffnungszeit bei dem ersten Mal länger als nach dem ersten Mal sein kann. In dem Fall, bei dem die Düsennadel angehoben wird, ist eine hohe Kraft erforderlich, wenn die Düsennadel von dem Düsensitz zunächst angehoben wird. Daher wird die Ventilöffnungsbewegung des Steuerventils beim ersten Mal verlängert, um so den Druck in der Steuerkammer außerordentlich zu verringern.In the fourth embodiment of the present invention the control section repeatedly performs an opening and Closing movement of the control valve such that a Valve opening time longer the first time than after the first Can be. In the case where the nozzle needle is raised high force is required when the nozzle needle of the nozzle seat is first raised. Hence the Valve opening movement of the control valve the first time extended, so the pressure in the control chamber is extraordinary to reduce.

Bei dem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung des weiteren eine Huberfassungseinrichtung auf, um einen Hub einer Düsennadel direkt oder indirekt zu erfassen. Der Steuerabschnitt öffnet und schließt das Steuerventil in Übereinstimmung mit einem Erfassungssignal, das von der Huberfassungseinrichtung gesendet wird. Beispielsweise wenn ein Hub der Düsennadel einen vorbestimmten Wert überschreitet, wird das Steuerventil geschlossen und der Druck in der Steuerkammer wird erhöht. Im Gegensatz dazu wird, wenn ein Hub der Düsennadel geringer als ein vorbestimmter Wert ist, das Steuerventil geöffnet, so dass der Druck in der Steuerkammer abnimmt. Wie dies vorstehend beschrieben ist, ist es möglich, die Düsennadel in einem vorbestimmten Hubbereich mit einer hohen Steuerbarkeit zu halten.In the fifth embodiment of the present invention a fuel injector further includes one Stroke detection device to a stroke of a nozzle needle directly or indirectly. The control section opens and closes the control valve in accordance with Detection signal sent by the stroke detector becomes. For example, if a stroke of the nozzle needle exceeds the predetermined value, the control valve closed and the pressure in the control chamber is increased. in the Conversely, if a stroke of the nozzle needle is less than is a predetermined value, the control valve is opened so that  the pressure in the control chamber decreases. Like this above it is possible to use the nozzle needle in one predetermined stroke range with a high controllability hold.

Bei dem sechsten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung führt der Steuerabschnitt eine Halbhubsteuerung aus, bei der die Düsennadel bei einer vorbestimmten Halbhubposition gesteuert wird, wenn eine Zielkraftstoffeinspritzmenge oder eine Zielkraftstoffeinspritzzeitspanne geringer als ein vorbestimmter Wert ist. Wenn ein Hub auf einen kleineren Hub als in dem Falle eines Gesamthubes verringert ist, ist es möglich, den Öffnungsbereich um die Düsennadel herum zu verringern, so dass die Einspritzrate (die Einspritzmenge pro Zeiteinheit) verringert werden kann. Da es möglich ist, die zum Öffnen und Schließen der Düsennadel erforderliche Zeitspanne zu verringern, ist die Halbhubsteuerung der vorliegenden Erfindung effektiv, wenn die Kraftstoffeinspritzmenge gering ist oder die Kraftstoffeinspritzzeitspanne kurz ist. Daher kann die Kraftstoffeinspritzmenge außerordentlich genau gesteuert werden.In the sixth embodiment of the present invention the control section executes a half stroke control in which the Nozzle needle controlled at a predetermined half stroke position when a target fuel injection amount or a Target fuel injection period less than a predetermined one Is worth. If a stroke is on a smaller stroke than in the case of an overall stroke is reduced, it is possible to To reduce the opening area around the nozzle needle so that the injection rate (the injection quantity per unit of time) can be reduced. Since it is possible to open and Closing the nozzle needle to reduce the time required the half stroke control of the present invention is effective if the fuel injection amount is small or Fuel injection period is short. Therefore, the Fuel injection quantity can be controlled extremely precisely.

Bei dem siebenten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung führt der Steuerabschnitt eine Halbhubsteuerung zum Steuern der Düsennadel bei einer vorbestimmten Halbhubposition aus, wenn eine Kraftstoffeinspritzzeitspanne eines Verbrennungsmotors sich außerordentlich von einem oberen Totpunkt der Verdichtung unterscheidet. Was die zu einem anderen Zeitpunkt als der obere Totpunkt der Verdichtung ausgeführte Einspritzung betrifft, bei der der Druck in einem Zylinder nicht ausreichend hoch ist, so ist es erforderlich, die Einspritzrate so zu verringern, dass eine Verschlechterung der Schmierfähigkeit der Zylinderwand verhindert wird, wenn Kraftstoff an der Zylinderwand anhaftet. Wie bei dem Fall, bei dem eine Piloteinspritzung (Voreinspritzung) vor dem Ausführen einer Haupteinspritzung ausgeführt wird, ist es erforderlich, eine Kraftstoffeinspritzung auszuführen, bei der eine geringfügige Kraftstoffmenge eingespritzt wird. In diesem Fall ist eine Halbhubsteuerung der vorliegenden Erfindung durchführbar und die Steuerbarkeit der Kraftstoffeinspritzung kann außerordentlich verbessert werden.In the seventh embodiment of the present invention the control section performs a half stroke control to control the Nozzle needle at a predetermined half stroke position when a fuel injection period of an internal combustion engine itself extraordinarily from a compression top dead center different. As for a different time than the one above Injection carried out dead center of compression, at that the pressure in a cylinder is not sufficiently high, so it is necessary to reduce the injection rate so that a deterioration in the lubricity of the cylinder wall is prevented when fuel adheres to the cylinder wall. As in the case where a pilot injection (Pre-injection) before performing a main injection is executed, it is required Run fuel injection at a slight  Amount of fuel is injected. In this case it is Half stroke control of the present invention feasible and the Controllability of fuel injection can be extraordinary be improved.

Bei dem achten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ändert sich die Gesamtöffnungsfläche des Düsenloches in Übereinstimmung mit der Hubposition der Düsennadel. Wenn beispielsweise eine Vielzahl an Einspritzlöchern vorgesehen ist und die Anzahl der zu öffnenden Einspritzlöcher zwischen einem Fall, bei dem die Düsennadel bei einer Gesamthubposition gesetzt ist, und einem Fall, bei dem die Düsennadel bei einer Halbhubposition gesetzt ist, geändert wird, kann die Menge an eingespritztem Kraftstoff mit Leichtigkeit eingestellt werden, indem die Hubposition geändert wird. Daher kann die Steuerbarkeit der Kraftstoffeinspritzeinrichtung weiter verbessert werden.In the eighth embodiment of the present invention the total opening area of the nozzle hole changes to Agreement with the stroke position of the nozzle needle. If for example, a plurality of injection holes is provided and the number of injection holes to open between one Case where the nozzle needle is set at an overall stroke position is, and a case in which the nozzle needle at a Half stroke position is set, the amount can be changed injected fuel can be adjusted with ease by changing the stroke position. Therefore, the Controllability of the fuel injector be further improved.

Bei dem neunten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird das Steuerventil durch ein piezoelektrisches Betätigungsglied angetrieben und der Steuerabschnitt steuert die Düsennadel bei einer vorbestimmten Halbhubposition durch ein wiederholtes Anlegen einer vorbestimmten hohen Spannung und einer niedrigeren Spannung an dem piezoelektrischen Betätigungsglied. Vorzugsweise wird ein piezoelektrisches Betätigungsglied angewendet, dessen Ansprecheigenschaft hoch ist, da das Steuerventil mit einer hohen Steuerbarkeit geöffnet und geschlossen werden kann. Wenn zu diesem Zeitpunkt der Steuerabschnitt abwechselnd eine vorbestimmte hohe Spannung, die zum Öffnen des Steuerventils erforderlich ist, und eine niedrigere Spannung anlegt, die zum Schließen des Steuerventils oder zum im Wesentlichen Schließen des Steuerventils erforderlich ist, wird das Steuerventil wiederholt geöffnet und geschlossen, so dass eine Halbhubsteuerung ausgeführt werden kann. In the ninth embodiment of the present invention the control valve is replaced by a piezoelectric Actuator driven and the control section controls the Nozzle needle at a predetermined half stroke position repeatedly applying a predetermined high voltage and a lower voltage on the piezoelectric Actuator. Preferably a piezoelectric Actuator applied, the response property is high is because the control valve opens with a high controllability and can be closed. If at this time the Control section alternately a predetermined high voltage is required to open the control valve, and a applies lower voltage to close the control valve or for essentially closing the control valve is required, the control valve is repeatedly opened and closed so that a half-stroke control can be carried out can.  

Bei dem zehnten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung steuert der Steuerabschnitt die Düsennadel bei einer vorbestimmten Halbhubposition durch ein wiederholtes Öffnen und Schließen des Steuerventils, und das Steuerventil wird derart gesteuert, dass es nicht exakt an dem Ventilsitz bei der Ventilschließzeit sitzt. In dem Fall, bei dem das Steuerventil, das sich im offenen Zustand befindet, geschlossen wird, ist selbst dann, wenn das Steuerventil nicht vollständig an dem Ventilsitz sitzt sondern geringfügig von dem Ventilsitz angehoben ist, eine Druckänderung in der Steuerkammer im Wesentlichen die gleiche wie in dem Fall, bei dem das Steuerventil vollständig an dem Ventilsitz sitzt. Wenn des weiteren das Steuerventil geringfügig von dem Ventilsitz angehoben ist, ist die zum geringfügigen Anheben des Steuerventils erforderliche Energie viel geringer als jene, die zum vollständigen Setzen des Steuerventils an den Ventilsitz erforderlich ist. Daher ist es möglich, der Bedarf an Energie außerordentlich zu verringern, die zum Schließen des Steuerventils erforderlich ist, ohne die Einspritzleistung zu verändern.In the tenth embodiment of the present invention the control section controls the nozzle needle at one predetermined half stroke position by repeated opening and The control valve closes and the control valve becomes such controlled that it was not exactly on the valve seat at the Valve closing time sits. In the case where the control valve, which is in the open state, is closed even if the control valve is not fully on the Valve seat sits slightly from the valve seat is raised, a pressure change in the control chamber in the Essentially the same as in the case where the Control valve is fully seated on the valve seat. If the further the control valve slightly from the valve seat is raised to slightly raise the Control valve required energy much less than that for completely placing the control valve on the valve seat is required. Therefore, it is possible to meet the need for energy greatly reduce that to close the Control valve is required without the injection power too change.

Bei dem elften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung geschaffen, bei der ein Starten und Anhalten eines Kraftstoffeinspritzens durch eine sich geradlinig bewegende Nadel frei geändert werden kann, die so aufgebaut ist, dass, je größer die Verschiebung von einem Referenzzustand des Anhaltens der Kraftstoffeinspritzung ist, desto mehr die Querschnittsfläche eines Strömungskanals zum Bestimmen der Strömungsrate der Einspritzung erweitert ist, wobei die Kraftstoffeinspritzeinheit folgendes aufweist:
eine Einspritzeinrichtung mit einer Antriebseinrichtung, die zu einem Ändern zwischen dem ersten Antriebszustand, bei dem die Nadel in einer Richtung derart gedrückt wird, das die Verschiebung der Nadel null ist, und dem zweiten Antriebszustand in der Lage ist, bei dem die Nadel in einer zu der Antriebsrichtung bei dem ersten Antriebszustand umgekehrten Richtung gedrückt wird, und die Nadel in einer derartigen Richtung gedrückt wird, dass die Verschiebung der Nadel maximal ist; und
eine Steuereinrichtung zum Ändern eines Antriebszustandes der Nadel durch ein Steuern der Antriebseinrichtung,
wobei die Steuereinrichtung zwischen einem Modus einer hohen Einspritzrate, bei dem der Antriebszustand bei dem zweiten Antriebszustand eingestellt ist und die Nadel bei der maximalen Verschiebung verbleibt, und einem Modus einer niedrigen Einspritzrate geschaltet werden kann, bei der der erste und der zweite Antriebszustand abwechselnd derart wiederholt werden, dass der Antriebszustand in den ersten Antriebszustand zurückkehren kann, nachdem der Antriebszustand auf den zweiten den zweiten Antriebszustand eingestellt ist und bevor der Hub der Nadel einen Hub erreicht, bei dem die Querschnittsfläche des Strömungskanals maximal wird.
In the eleventh embodiment of the present invention, there is provided a fuel injector in which starting and stopping fuel injection can be freely changed by a linearly moving needle that is constructed such that the larger the shift from a reference state of stopping the fuel injection , the more the cross-sectional area of a flow channel for determining the flow rate of the injection is expanded, the fuel injection unit having the following:
an injector having a drive means capable of changing between the first drive state in which the needle is pushed in a direction such that the displacement of the needle is zero and the second drive state in which the needle is in a close the driving direction is pushed in the reverse driving direction in the first driving state, and the needle is pushed in such a direction that the displacement of the needle is maximum; and
a control device for changing a drive state of the needle by controlling the drive device,
wherein the controller can be switched between a high injection rate mode in which the drive state is set to the second drive state and the needle remains at the maximum displacement and a low injection rate mode in which the first and second drive states are repeated in such a manner that the drive state can return to the first drive state after the drive state is set to the second the second drive state and before the stroke of the needle reaches a stroke at which the cross-sectional area of the flow channel becomes maximum.

Bei dem Modus der niedrigen Einspritzrate kehrt der Antriebszustand zu dem ersten Antriebszustand zurück, bevor die Querschnittsfläche des Strömungskanals maximal wird. Daher ist es nur dann, wenn der Antriebszustand der Nadel zwischen zwei Werten umgeschaltet wird, möglich, wahlweise ein Einspritzen bei einer niedrigeren Einspritzrate als die maximale Einspritzrate auszuführen, die durch die maximale Fläche (beispielsweise die Öffnungsfläche des Düsenloches) bestimmt wird, die der maximale Wert der Querschnittsfläche des Strömungskanals ist. Dadurch ist es möglich, ein Umschalten der Einspritzrate zu verwirklichen, ohne dass der Aufbau der Einspritzeinrichtung kompliziert wird.In the low injection rate mode, the Drive state back to the first drive state before the Cross-sectional area of the flow channel becomes maximum. thats why it only if the drive state of the needle is between two Values is switched, possible, optionally an injection at a lower injection rate than the maximum injection rate execute by the maximum area (e.g. the Opening area of the nozzle hole) is determined, which is the maximum Value of the cross-sectional area of the flow channel. This is it is possible to realize a switchover of the injection rate, without complicating the structure of the injection device.

Bei dem zwölften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß dem elften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung vorgesehen, wobei die Einspritzeinrichtung eine Düse einer ersten Art, die geöffnet wird, wenn die Nadel eine erste Verschiebung überschreitet, und eine Düse einer zweiten Art hat, die geöffnet wird, wenn die Nadel eine zweite Verschiebung überschreitet, die größer als die erste Verschiebung ist.In the twelfth embodiment of the present invention is a fuel injector according to the eleventh Embodiment of the present invention provided, wherein the injector is a nozzle of a first type which is opened when the needle makes a first shift passes, and has a nozzle of a second kind that opens  if the needle exceeds a second displacement, the is greater than the first shift.

Wenn die Nadel die erste Verschiebung überschreitet, wird die Düse der ersten Art geöffnet. Danach wird, wenn die Nadel die zweite Verschiebung überschreitet, die Düse der zweiten Art zusätzlich zu der Düse der ersten Art geöffnet. Demgemäß wird bei dem Modus der niedrigen Einspritzrate der Kraftstoff von dem Düsenloch der ersten Art eingespritzt und bei dem Modus der hohen Einspritzrate wird der Kraftstoff von dem Düsenloch der ersten Art und der zweiten Art eingespritzt. Da in diesem Fall selbst dann, wenn die Hubposition der Nadel geringfügig schwankt, die Einspritzrate durch die Öffnungsfläche des Düsenloches begrenzt ist, kann eine erwünschte Einspritzrate genau mit Leichtigkeit bei jedem Modus der Kraftstoffeinspritzrate verwirklicht werden.If the needle exceeds the first shift, the Nozzle of the first kind opened. After that, when the needle is the second displacement exceeds the nozzle of the second type opened in addition to the nozzle of the first kind. Accordingly in the low injection rate mode, the fuel from that Injected nozzle hole of the first type and in the mode of high injection rate, the fuel is injected from the nozzle hole first type and the second type injected. Because in this case even if the needle stroke position is slightly fluctuates, the injection rate through the opening area of the Nozzle hole is limited, a desired injection rate with ease with every mode of the Fuel injection rate can be realized.

Bei dem dreizehnten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist eine Kraftstoffeinspritzeinheit gemäß dem zwölften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung vorgesehen, wobei die Einspritzeinrichtung zwei Arten an Löchern hat, die in einem Düsenkörper ausgebildet sind, in dem eine Nadel gleitfähig gehalten ist und Führungsloch zum Liefern von Kraftstoff ausgebildet ist, wobei ein Ende von jedem Loch zu einer Fläche des Düsenkörpers offen ist und das andere Ende von jedem Loch mit dem Führungsloch in Verbindung steht, wobei jedes Loch durch die Nadel geschlossen werden kann, wobei die beiden Arten an Löchern bei einem Intervall in einer Richtung der Nadelverschiebung ausgebildet sind, wobei das Loch, das geöffnet wird, wenn eine Verschiebung der Nadel die erste Verschiebung überschreitet, das erste Düsenloch ist, und das Loch, das geöffnet wird, wenn eine Verschiebung der Nadel die zweite Verschiebung überschreitet, das zweite Düsenloch ist.In the thirteenth embodiment of the present Invention is a fuel injection unit according to the twelfth Embodiment of the present invention provided, wherein the injector has two types of holes that are in one Nozzle body are formed in which a needle is slidable is held and pilot hole for supplying fuel is formed with one end of each hole forming a surface the nozzle body is open and the other end of each hole communicates with the pilot hole, with each hole passing through the needle can be closed, taking the two types Holes at an interval in one direction Needle displacement are formed, the hole being opened when a needle shift is the first shift exceeds, is the first nozzle hole, and the hole that is opened when the needle moves the second Displacement exceeds, the second nozzle hole is.

In dieser Weise können zwei Arten an Düsen in einfacher Weise ausgebildet werden. In this way, two types of nozzles can be easily done be formed.  

Bei dem vierzehnten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist eine Kraftstoffeinspritzeinheit gemäß dem elften bis dreizehnten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung geschaffen, wobei der Zeitpunkt des Änderns von dem ersten Antriebszustand in den zweiten Antriebszustand bei dem Modus einer geringen Einspritzrate bei einem Zeitpunkt eingesetzt ist, bevor der Hub der Nadel eine Verschiebung erreicht, bei der die Querschnittsfläche des Strömungskanals zu null wird.In the fourteenth embodiment of the present Invention is a fuel injection unit according to the eleventh to thirteenth embodiment of the present invention created, the time of changing from the first Drive state in the second drive state in the mode a low injection rate is used at a point in time, before the stroke of the needle reaches a displacement at which the Cross-sectional area of the flow channel becomes zero.

Wenn die Bewegung der Nadel bei einem Zustand eines halben Hubs angehalten wird, ist es möglich, eine Kraftstoffeinspritzeinheit zu verwirklichen, die zu einem Ausführen eines kontinuierlichen Kraftstoffeinspritzens in der gleichen Weise wie die Einheit mit der niedrigen Einspritzrate in der Lage ist.When the movement of the needle is in a half-stroke condition is stopped, it is possible to use a fuel injection unit to realize that to run a continuous Fuel injection in the same way as the unit with the low injection rate.

Die vorliegende Erfindung ist aus der nachstehend dargelegten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele zusammen mit den beigefügten Zeichnungen besser verständlich.The present invention is set forth in the following Description of the preferred embodiments together with the accompanying drawings easier to understand.

Fig. 1 zeigt eine Querschnittsansicht des Gesamtaufbaus einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. Fig. 1 is a cross-sectional view showing the overall structure of a fuel injector according to the present invention.

Fig. 2 zeigt eine ausschnittartige Querschnittsansicht einer Kraftstoffeinspritzeinheit von einem anderen Beispiel des Profils eines Düsenlochs. Fig. 2 shows a fragmentary cross-sectional view of a fuel injection unit from another example of the profile of a nozzle hole.

Fig. 3 zeigt ein Zeitablaufdiagramm zur Erläuterung des Betriebs der Kraftstoffeinspritzeinheit gemäß der vorliegenden Erfindung. Fig. 3 is a timing chart for explaining the operation shown by the fuel injection unit according to the present invention.

Fig. 4 zeigt eine graphische Darstellung einer Beziehung zwischen einer erzeugten Kraft und der Verschiebung bei der Öffnungs-Schließsteuerung eines Drei-Wege-Ventils. Fig. 4 is a graph showing a relationship between a generated force and the displacement in the opening-closing control of a three-way valve.

Fig. 5 zeigt eine ausschnittartige Querschnittsseitenansicht von einer Einspritzeinrichtung, die ein Teil der Kraftstoffeinspritzeinheit der vorliegenden Erfindung ist. Figure 5 shows a fragmentary cross-sectional side view of an injector that is part of the fuel injector of the present invention.

Fig. 6 zeigt eine vergrößerte Ansicht eines Hauptabschnittes von Fig. 5. FIG. 6 shows an enlarged view of a main portion of FIG. 5.

Fig. 7 zeigt eine Ansicht eines Aufbaus einer Kraftstoffeinspritzeinheit. Fig. 7 is a view showing a structure of a fuel injection unit.

Fig. 8 zeigt ein Zeitablaufdiagramm des Betriebs der Kraftstoffeinspritzeinheit. Fig. 8 is a timing chart showing the operation of the fuel injection unit.

Unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel erläutert, bei dem die vorliegende Erfindung angewendet ist. Fig. 1 zeigt einen Gesamtaufbau eines Kraftstoffeinspritzventils, das einen Hauptabschnitt einer Kraftstoffeinspritzeinheit der vorliegenden Erfindung hat. Beispielsweise wird dieses Kraftstoffeinspritzventil vorzugsweise bei einem Einspritzsystem der Common Rail-Art eines Dieselmotors angewendet. In dem oberen Endabschnitt des Kraftstoffeinspritzventils ist ein piezoelektrischer Antriebsabschnitt 1 vorgesehen. An dem unteren Endabschnitt des Kraftstoffeinspritzventils ist ein Einspritzdüsenabschnitt 10 vorgesehen. Zwischen dem piezoelektrischem Antriebsabschnitt 1 und dem Einspritzdüsenabschnitt 10 sind ein Drei-Wege-Ventil 5, das ein durch den piezoelektrischen Antriebsabschnitt 1 angetriebenes Steuerventil ist, und eine Steuerkammer 4 vorgesehen, deren Druck erhöht und verringert wird, wenn das Drei-Wege-Ventil 5 angetrieben wird. Die an dem Einspritzdüsenabschnitt 10 vorgesehene Düsennadel 12 wird nach oben und nach unten bewegt, so dass das Düsenloch 11 an einem Ende des Düsenkörpers B1 so geöffnet und geschlossen wird, dass das Kraftstoffeinspritzen gestartet oder angehalten wird. Wenn die Düsennadel 12 sich an der oberen Endposition befindet, ist das Düsenloch 11 vollständig geöffnet und der Kraftstoff wird zu dem Düsenloch 11 von dem Kraftstoffreserveraum 31 geliefert, die mit dem Hochdruckkanal 3 über einen Zwischenraum verbunden ist, der um die Düsennadel 12 herum ausgebildet ist. Andererseits ist, wenn die Düsennadel 12 sich an einer unteren Endposition befindet, das Düsenloch 11 vollständig geschlossen, so dass eine Verbindung des Düsenloches 11 mit dem Kraftstoffreserveraum 31 geschlossen ist und die Kraftstofflieferung angehalten ist. Die untere Endposition der Düsennadel 12 wird durch den Düsensitz 13 bestimmt, an dem die Düsennadel 12 sitzt, und die obere Endposition wird durch die Blendenplatte P1 bestimmt, die an einen oberen Abschnitt des Düsenkörpers B1 angeordnet ist.An embodiment to which the present invention is applied will be explained with reference to the accompanying drawings. Fig. 1 shows an overall structure of a fuel injection valve which has a main portion of a fuel injection unit of the present invention. For example, this fuel injection valve is preferably used in an injection system of the common rail type of a diesel engine. A piezoelectric drive portion 1 is provided in the upper end portion of the fuel injection valve. An injector portion 10 is provided at the lower end portion of the fuel injection valve. Provided between the piezoelectric drive section 1 and the injector section 10 are a three-way valve 5 , which is a control valve driven by the piezoelectric drive section 1 , and a control chamber 4 , the pressure of which is increased and decreased when the three-way valve 5 is driven. The nozzle needle 12 provided on the injector section 10 is moved up and down so that the nozzle hole 11 is opened and closed at one end of the nozzle body B1 so that the fuel injection is started or stopped. When the nozzle needle 12 is at the upper end position, the nozzle hole 11 is fully opened and the fuel is supplied to the nozzle hole 11 from the fuel reserve space 31 , which is connected to the high pressure passage 3 through a space formed around the nozzle needle 12 , On the other hand, when the nozzle needle 12 is at a lower end position, the nozzle hole 11 is completely closed, so that a connection of the nozzle hole 11 to the fuel reserve space 31 is closed and the fuel supply is stopped. The lower end position of the nozzle needle 12 is determined by the nozzle seat 13 on which the nozzle needle 12 is seated, and the upper end position is determined by the orifice plate P1, which is arranged on an upper section of the nozzle body B1.

Für den Einspritzdüsenabschnitt 10 wird, wie dies in Fig. 1 gezeigt ist, die Einspritzdüse der allgemeinen Art verwendet und des Weiteren kann der in Fig. 2 gezeigte Einspritzdüsenabschnitt 10 der variablen Einspritzlochart verwendet werden. Bei dem in Fig. 2 gezeigten Einspritzdüsenabschnitt 10 ist eine Vielzahl an Düsenlöchern 11a, 11b vorgesehen, die an einem Endabschnitt des Düsenkörpers B1 parallel zueinander angeordnet sind, wobei die Höhe der Düsenlöcher 11a und diejenige der Düsenlöcher 11b in der axialen Richtung voneinander unterschiedlich ist. Die Düsennadel 12 ist hohl und der Hohlraum innerhalb der Düsennadel 12 ist zu einem Hochdruckkanal 34 ausgebildet, der mit dem Kraftstoffreserveraum 31 in Verbindung steht. Daher wird, wenn die Düsennadel 12 angehoben wird, Kraftstoff zu den Düsenlöchern 11a und 11b über den Hochdruckkanal 34 geliefert. Aufgrund des vorstehend erläuterten Aufbaus kann die Anzahl der zu öffnenden Düsenlöcher das heißt die Gesamtöffnungsfläche der zu öffnenden Düsenlöcher in Übereinstimmung mit der Hubposition der Düsennadel 12 verändert werden. Daher kann die Halbhubsteuerung wirkungsvoll ausgeführt werden, die kennzeichnend für die vorliegende Erfindung ist. Diese Halbhubsteuerung ist nachstehend detailliert erläutert.For the injector section 10 , as shown in FIG. 1, the general type injector is used, and further the variable injector type injector section 10 shown in FIG. 2 may be used. In the injection nozzle section 10 shown in FIG. 2, a plurality of nozzle holes 11 a, 11 b are provided, which are arranged parallel to one another at an end section of the nozzle body B1, the height of the nozzle holes 11 a and that of the nozzle holes 11 b in the axial direction is different from each other. The nozzle needle 12 is hollow and the cavity within the nozzle needle 12 is formed into a high-pressure channel 34 which is in communication with the fuel reserve space 31 . Therefore, when the nozzle needle 12 is raised, fuel is supplied to the nozzle holes 11 a and 11 b via the high pressure passage 34 . Due to the above construction, the number of the nozzle holes to be opened, that is, the total opening area of the nozzle holes to be opened can be changed in accordance with the stroke position of the nozzle needle 12 . Therefore, the half-stroke control which is characteristic of the present invention can be carried out effectively. This half-stroke control is explained in detail below.

Der Düsenkörper B1 ist an einem unteren Ende des Gehäuses H des piezoelektrischen Antriebsabschnittes 1 über die Blendenplatten P1 und P2 angeordnet und öldicht an dem zylindrischen Düsenhalter B2 fixiert. Der Hochdruckkanal 3 erstreckt sich von dem Kraftstoffreserveraum 31 nach oben und steht mit einer (nicht gezeigten) externen Common Rail über die Blendenplatten P1 und P2 und dem Inneren des Gehäuses H in Verbindung. In dem Gehäuse H ist ein Ablaufkanal 2 für ein Zurückkehren des Kraftstoffes vorgesehen, wobei der Ablaufkanal 2 mit einem (nicht gezeigten) externen Kraftstoffbehälter in Verbindung steht. Zwischen dem oberen Endabschnitt der Düsennadel 12 und der Blendenplatte P1 ist die Steuerkammer 4 ausgebildet. Die Düsennadel 12 wird stets in der Schließrichtung (nach unten) durch eine Federkraft der Feder 41, die in der Steuerkammer 4 angeordnet ist, und auch durch den hydraulischen Druck in der Steuerkammer 4 gedrückt.The nozzle body B1 is arranged at a lower end of the housing H of the piezoelectric drive section 1 via the diaphragm plates P1 and P2 and is fixed oil-tight on the cylindrical nozzle holder B2. The high-pressure duct 3 extends upward from the fuel reserve space 31 and is connected to an external common rail (not shown) via the diaphragm plates P1 and P2 and the interior of the housing H. A drain channel 2 for returning the fuel is provided in the housing H, the drain channel 2 being connected to an external fuel tank (not shown). The control chamber 4 is formed between the upper end portion of the nozzle needle 12 and the orifice plate P1. The nozzle needle 12 is always pressed in the closing direction (downward) by a spring force of the spring 41 , which is arranged in the control chamber 4 , and also by the hydraulic pressure in the control chamber 4 .

Der hydraulische Druck in der Steuerkammer 4 wird durch das Drei-Wege-Ventil 5 gesteuert, das als ein Steuerventil wirkt. Das Drei-Wege-Ventil 5 besteht aus einer im Wesentlichen konischen Ventilkammer 51, die an einem unteren Ende des Gehäuses H ausgebildet ist, und einem im Wesentlichen kugelartigem Ventilkörper 52. Die Ventilkammer 51 ist stets mit der Steuerkammer 4 über einen Kanal, der die Blendenplatten P1 und P2 durchdringt, und über die Hauptblende 42 verbunden, die an dem unteren Ende der Blendenplatten angeordnet ist. Die Ventilkammer 51 ist mit zwei Öffnungen versehen, wobei die eine Ablauföffnung 21 und die andere eine Hochdrucköffnung 32 ist. Wenn der Ventilkörper 52 in der Ventilkammer 51 nach oben oder nach unten bewegt wird und einer der beiden Öffnungen geschlossen ist, ist die andere Öffnung geöffnet und steht mit der Steuerkammer 4 in Verbindung. Die Ablauföffnung 21 steht mit dem Ablaufkanal 2 über die Überlaufkammer 22 in Verbindung, die an einem oberen Abschnitt der Ventilkammer 51 angeordnet ist. Die Hochdrucköffnung 32 durchdringt senkrecht die Blendenplatte P2 und steht mit dem Hochdruckkanal 3 über die Nut 33 in Verbindung, die an einer unteren Endseite der Blendenplatte P2 in der radialen Richtung vorgesehen ist. The hydraulic pressure in the control chamber 4 is controlled by the three-way valve 5 , which acts as a control valve. The three-way valve 5 consists of a substantially conical valve chamber 51 , which is formed at a lower end of the housing H, and a substantially spherical valve body 52 . The valve chamber 51 is always connected to the control chamber 4 via a channel which penetrates the orifice plates P1 and P2 and via the main orifice 42 which is arranged at the lower end of the orifice plates. The valve chamber 51 is provided with two openings, one outlet opening 21 and the other a high-pressure opening 32 . When the valve body 52 is moved up or down in the valve chamber 51 and one of the two openings is closed, the other opening is open and communicates with the control chamber 4 . The drain opening 21 is connected to the drain channel 2 via the overflow chamber 22 , which is arranged on an upper section of the valve chamber 51 . The high pressure opening 32 perpendicularly penetrates the orifice plate P2 and communicates with the high pressure passage 3 through the groove 33 which is provided on a lower end side of the orifice plate P2 in the radial direction.

Aufgrund des vorstehend beschriebenen Aufbaus nimmt, wenn die Ventilkammer 51 mit der Ablauföffnung 21 in Verbindung steht, der Druck in der Steuerkammer 4 ab und die Düsennadel 12 wird von dem Düsensitz 13 getrennt und angehoben. Andererseits nimmt, wenn die Ventilkammer 51 mit der Hochdrucköffnung 32 in Verbindung steht, der Druck in der Steuerkammer 4 zu, und die Düsennadel 12 wird gesenkt und auf den Düsensitz 13 gesetzt. In diesem Fall steht die Steuerkammer 4 stets mit dem Hochdruckkanal 3 durch die Nebenblende 43 in Verbindung, die an der Blendenplatte P1 angeordnet ist, die mit einem unteren Ende der Hochdrucköffnung 32 in Verbindung steht, ohne durch das Drei-Wege-Ventil 5 zu treten. Diese Nebenblende 43 wirkt wie folgt. Wenn Kraftstoff zu einem Strömen von dem Hochdruckkanal 3 in die Steuerkammer 4 über die Nebenblende 43 gebracht wird, wird eine Druckabnahme in der Steuerkammer 4 erleichtert, wenn das Kraftstoffeinspritzen beginnt, so dass die Düsennadel 7 allmählich geöffnet werden kann. Wenn das Kraftstoffeinspritzen angehalten wird, wird der Druckanstieg erleichtert, so dass die Düsennadel 7 schnell geschlossen werden kann.Due to the structure described above, when the valve chamber 51 communicates with the drain port 21 , the pressure in the control chamber 4 decreases, and the nozzle needle 12 is separated from the nozzle seat 13 and raised. On the other hand, when the valve chamber 51 communicates with the high pressure port 32 , the pressure in the control chamber 4 increases, and the nozzle needle 12 is lowered and placed on the nozzle seat 13 . In this case, the control chamber 4 is always in communication with the high-pressure passage 3 through the sub-orifice 43 which is arranged on the orifice plate P1 which communicates with a lower end of the high-pressure opening 32 without passing through the three-way valve 5 , This sub-aperture 43 acts as follows. When fuel is brought to flow from the high pressure passage 3 into the control chamber 4 via the sub-orifice 43 , a pressure decrease in the control chamber 4 is facilitated when the fuel injection starts, so that the nozzle needle 7 can be opened gradually. When the fuel injection is stopped, the pressure rise is relieved so that the nozzle needle 7 can be closed quickly.

In diesem Zusammenhang bildet ein Öffnungsabschnitt der Ablauföffnung 21 zu der Ventilkammer 51 einen Ablaufsitz 53, der ein konischer Ventilsitz ist, und ein Öffnungsabschnitt der Hochdrucköffnung 32 zu der Ventilkammer 51 bildet einen flachen Hochdrucksitz 54. Einer von ihnen ist flach gestaltet, weil eine Abweichung der Achse des Ventilkörpers 52 ermöglicht ist. Wenn der Ventilkörper 52 an entweder dem Sitz 53 oder 54 sitzt, ist die entsprechende Öffnung geschlossen. Jedoch ist der Druck in der Ventilkammer 51 stets höher als der Druck in der Ablauföffnung 21. Daher wird der Ventilkörper 52 üblicherweise auf den Ablaufsitz 53 gesetzt. Die für das Setzen des Ventilkörpers 52 auf den Hochdrucksitz 54 erforderliche Kraft wird durch den Kolben 18 mit dem kleinen Durchmesser des piezoelektrischen Antriebsabschnittes 1 ausgeübt. Nachstehend ist der piezoelektrische Antriebsabschnitt 1 detailliert erläutert.In this connection, an opening portion of the drain opening 21 to the valve chamber 51 forms a drain seat 53 , which is a conical valve seat, and an opening portion of the high pressure opening 32 to the valve chamber 51 forms a flat high pressure seat 54 . One of them is made flat because the axis of the valve body 52 can be deviated. When the valve body 52 is seated on either the seat 53 or 54 , the corresponding opening is closed. However, the pressure in the valve chamber 51 is always higher than the pressure in the drain opening 21 . Therefore, the valve body 52 is usually placed on the drain seat 53 . The force required for placing the valve body 52 on the high-pressure seat 54 is exerted by the piston 18 with the small diameter of the piezoelectric drive section 1 . The piezoelectric drive section 1 is explained in detail below.

Der piezoelektrische Antriebsabschnitt 1 weist folgendes auf:
Ein piezoelektrisches Betätigungsglied 14, das in einem oberen Endabschnitt des Gehäuses H untergebracht ist; und einen piezoelektrischen Kolben, der mit einem unteren Ende des piezoelektrischen Betätigungsgliedes 14 derart in Kontakt gelangt, dass der piezoelektrische Kolben 15 einstückig mit dem piezoelektrischen Betätigungsglied 14 verschoben wird. Eine Verschiebung des piezoelektrischen Betätigungsgliedes 14 wird zu dem Kolben 18 mit dem kleinen Durchmesser über den Kolben 17 mit dem großen Durchmesser und die Verschiebungserweiterungskammer 6 übertragen. Das piezoelektrische Betätigungsglied 14 ist in einer aus dem Stand der Technik bekannter Art und Weise zusammengesetzt. Das piezoelektrische Betätigungsglied 14 besteht aus piezoelektrischen Körpern, die aufeinander geschichtet sind, und das piezoelektrische Betätigungsfeld 14 wird durch das Anlegen einer elektrischen Ladung verlängert und durch das Abgeben einer elektrischen Ladung kontrahiert. Das piezoelektrische Betätigungsglied 14 wird gemäß einer angelegten Spannung so verlängert und kontrahiert, dass der piezoelektrische Kolben 15 angetrieben wird. Das Anlegen der Spannung an dem piezoelektrischen Betätigungsglied 14 wird durch eine ECU 9 gesteuert, die eine Steuereinrichtung ist. Der piezoelektrische Kolben 15 ist in dem piezoelektrischen Zylinder H1 gleitfähig angeordnet und mit dem Kolben 17 mit dem großen Durchmesser durch die Stange 16 mit dem kleinen Durchmesser verbunden. Der Kolben 17 mit dem großen Durchmesser und der Kolben 18 mit dem kleinen Durchmesser sind jeweils gleitfähig in dem Zylinder H3 mit dem großen Durchmesser und dem Zylinder H4 mit dem kleinen Durchmesser angeordnet, die in dem Zylinderbildungselement H2 koaxial ausgebildet sind. Die Stange 16 erstreckt sich von einer oberen Fläche des Kolben 17 mit dem großen Durchmesser nach oben und ist an einer unteren Fläche des piezoelektrischen Kolbens 15 durch ein Einfügen fixiert.
The piezoelectric drive section 1 has the following:
A piezoelectric actuator 14 housed in an upper end portion of the housing H; and a piezoelectric piston that comes into contact with a lower end of the piezoelectric actuator 14 such that the piezoelectric piston 15 is slid integrally with the piezoelectric actuator 14 . Displacement of the piezoelectric actuator 14 is transmitted to the small-diameter piston 18 via the large-diameter piston 17 and the displacement expansion chamber 6 . The piezoelectric actuator 14 is assembled in a manner known from the prior art. The piezoelectric actuator 14 is composed of piezoelectric bodies stacked on top of each other, and the piezoelectric actuator field 14 is lengthened by applying an electric charge and contracted by releasing an electric charge. The piezoelectric actuator 14 is lengthened and contracted in accordance with an applied voltage so that the piezoelectric piston 15 is driven. The application of the voltage to the piezoelectric actuator 14 is controlled by an ECU 9 , which is a control device. The piezoelectric piston 15 is slidably disposed in the piezoelectric cylinder H1 and connected to the large diameter piston 17 through the small diameter rod 16 . The large diameter piston 17 and the small diameter piston 18 are slidably disposed in the large diameter cylinder H3 and the small diameter cylinder H4, respectively, which are coaxially formed in the cylinder forming member H2. The rod 16 extends from an upper surface of the large diameter piston 17 and is fixed to a lower surface of the piezoelectric piston 15 by insertion.

Der in einem unteren Abschnitt des piezoelektrischen Kolbens 14 um die Stange 16 herum definierte Raum ist ein Kraftstoffreserveraum 7, der mit dem Ablaufkanal 2 in Verbindung steht. In diesem Raum ist die Feder 71 so untergebracht, dass der piezoelektrische Kolben 15 nach oben gedrückt wird. Gleichzeitig wird der einstückig mit dem piezoelektrischen Kolben 15 verbundene Kolben 17 mit dem großen Durchmesser durch die Feder 71 nach oben gedrückt. Aufgrund des vorstehend beschriebenen Aufbaus werden der piezoelektrische Kolben 15 und der Kolben 17 mit dem großen Durchmesser einstückig entsprechend der Verlängerung und der Kontraktion des piezoelektrischem Betätigungsgliedes 14 nach oben und nach unten bewegt. An dem Außenumfang des piezoelektrischen Kolbens 15 ist ein O-Ring 73 vorgesehen, durch den verhindert werden kann, dass das piezoelektrische Betätigungsglied 14 mit dem in der Reserveraumkammer 62 befindlichen Hydrauliköl verschmutzt wird. Ein Kanal zum Verbinden der Reserveraumkammer 7 mit dem Ablaufkanal 2 ist in einer derartigen Weise ausgebildet, dass ein Durchgangsloch in der Reservenraumkammer 7 in der radialen Richtung von der Seitenwand des Gehäuses H ausgebildet ist, wobei das Durchgangsloch durch die Rohabdeckung 74 geschlossen ist.The space defined in a lower section of the piezoelectric piston 14 around the rod 16 is a fuel reserve space 7 , which is connected to the drain channel 2 . The spring 71 is accommodated in this space in such a way that the piezoelectric piston 15 is pressed upwards. At the same time, the large diameter piston 17 , which is connected in one piece to the piezoelectric piston 15 , is pressed upwards by the spring 71 . Due to the structure described above, the piezoelectric piston 15 and the large-diameter piston 17 are moved integrally according to the extension and contraction of the piezoelectric actuator 14 up and down. On the outer circumference of the piezoelectric piston 15 , an O-ring 73 is provided, through which the piezoelectric actuator 14 can be prevented from being contaminated with the hydraulic oil located in the reserve space chamber 62 . A channel for connecting the reserve room chamber 7 to the drain channel 2 is formed in such a manner that a through hole is formed in the reserve room chamber 7 in the radial direction from the side wall of the housing H, the through hole being closed by the raw cover 74 .

Das Zylinderbildungselement H2 hat einen Abschnitt mit einem geringeren Durchmesser an einem oberen Abschnitt des Kolbens 18 mit dem kleinen Durchmesser. Daher ist an dem Zylinderbildungselement H ein Absatz 61 ausgebildet, der eine nach oben gerichtete Bewegung des Kolbens 18 mit dem kleinen Durchmesser begrenzt. Der große Zylinder und der kleine Zylinder H3 und H4 stehen miteinander durch diesen Abschnitt mit verringertem Durchmesser in Verbindung. Daher ist eine Verschiebungserweiterungskammer 6 durch die Hydraulikkammer, die zwischen dem Abschnitt mit dem verringerten Durchmesser und dem Kolben 18 mit dem kleinen Durchmesser ausgebildet ist, und die Hydraulikkammer ausgebildet, die zwischen dem Abschnitt mit dem verringerten Durchmesser und dem Kolben 17 mit dem großen Durchmesser ausgebildet ist. Die Verschiebungserweiterungskammer 6 wandelt eine Verschiebung des piezoelektrischen Betätigungsgliedes 14 hydraulisch um. Daher wird die Verschiebung des piezoelektrischen Betätigungsgliedes 14 in Übereinstimmung mit einer Differenz zwischen dem Durchmesser des großen Kolbens 17 und dem Durchmesser des kleinen Kolbens 18 verstärkt. Beispielsweise wird die Verschiebung des piezoelektrischen Betätigungsgliedes 14 um das zweifache oder dreifache der Verschiebung des Kolbens 17 mit dem großen Durchmesser verstärkt und zu dem Kolben 18 mit dem kleinen Durchmesser übertragen. Ein unterer Endabschnitt des Kolbens 18 mit dem kleinen Durchmesser befindet sich in der Überlaufkammer 22, die an einem unteren Abschnitt des Zylinderbildungselementes H2 ausgebildet ist. Ein Endabschnitt des Kolbens 18 mit dem kleinen Durchmesser gelangt mit dem Ventilkörper 52 in Kontakt, der in die Ablauföffnung 21 eingeführt ist.The cylinder forming member H2 has a smaller diameter portion at an upper portion of the small diameter piston 18 . Therefore, a shoulder 61 is formed on the cylinder forming element H, which limits an upward movement of the piston 18 with the small diameter. The large cylinder and the small cylinder H3 and H4 communicate with each other through this reduced diameter section. Therefore, a displacement expansion chamber 6 is formed by the hydraulic chamber formed between the reduced diameter portion and the small diameter piston 18 and the hydraulic chamber formed between the reduced diameter portion and the large diameter piston 17 is. The displacement expansion chamber 6 hydraulically converts a displacement of the piezoelectric actuator 14 . Therefore, the displacement of the piezoelectric actuator 14 is increased in accordance with a difference between the diameter of the large piston 17 and the diameter of the small piston 18 . For example, the displacement of the piezoelectric actuator 14 is amplified by two or three times the displacement of the piston 17 with the large diameter and transmitted to the piston 18 with the small diameter. A lower end portion of the piston 18 with the small diameter is located in the overflow chamber 22 , which is formed on a lower portion of the cylinder formation member H2. An end portion of the piston 18 with the small diameter comes into contact with the valve body 52 which is inserted into the drain port 21 .

In dem Kolben 17 mit dem großen Durchmesser ist ein Kanal 72 vorgesehen, der in der axialen Richtung des Kolbens 17 mit dem großen Durchmesser ausgebildet ist. Ein oberes Ende des Kanals 72 erstreckt sich zu dem Grundendabschnitt der Stange 16 und zweigt zu einer T-Form ab und ist zu der Reserveraumkammer 7 hin offen. Ein unteres Ende des Kanals 72 ist zu der unteren Endseite des Kolbens 17 mit dem großen Durchmesser hin offen und steht mit der Verschiebungserweiterungskammer 6 über das Rückschlagventil 8 in Verbindung, das an dem unteren Ende des Kolbens 17 mit dem großen Durchmesser angebracht ist. Das Rückschlagventil 8 ist vorgesehen, damit der Kraftstoff von der Reservenraumkammer 7 in die Verschiebungserweiterungskammer 6 geliefert wird, wenn der Kraftstoff in der Verschiebungserweiterungskammer 6 aufgrund einer Leckage abnimmt. Das Rückschlagventil 8 besteht aus einem ebenen Ventil 81 zum Schließen der unteren Endöffnung des Kanals 72 und einer Scheibenfeder 82 zum Drücken des ebenen Ventils 81 nach oben. Das ebene Ventil 81 besteht aus einem scheibenförmigen Blatt, dessen Dicke 0,1 bis 0,2 mm beträgt. An der Mitte des ebenen Ventils 81 ist ein Nadelloch 84 ausgebildet, dessen Durchmesser 0,002 bis 0,5 mm beträgt.In the piston 17 having the large diameter, a channel 72 is provided which is formed in the axial direction of the piston 17 with the large diameter. An upper end of the channel 72 extends to the base end portion of the rod 16 and branches into a T-shape and is open to the reserve room chamber 7 . A lower end of the passage 72 is open to the lower end side of the large-diameter piston 17 and communicates with the displacement expansion chamber 6 through the check valve 8 attached to the lower end of the large-diameter piston 17 . The check valve 8 is provided so that the fuel is supplied from the reserve space chamber 7 into the displacement expansion chamber 6 when the fuel in the displacement expansion chamber 6 decreases due to a leak. The check valve 8 consists of a flat valve 81 for closing the lower end opening of the channel 72 and a disc spring 82 for pushing the flat valve 81 upwards. The flat valve 81 consists of a disc-shaped sheet, the thickness of which is 0.1 to 0.2 mm. At the center of the flat valve 81 , a needle hole 84 is formed, the diameter of which is 0.002 to 0.5 mm.

Das Profil der Scheibenfeder 82 ist ein sehr dünner Ring, dessen Dicke 0,01 bis 0,05 mm beträgt. Daher ist die Intensität der Drückkraft der Scheibenfeder 82 gering das heißt die Drückkraft der Scheibenfeder 82 ist bei 0,5 bis 2 N eingestellt. Das Profil des Halters 83 zum Unterbringen und Halten des ebenen Ventils 81 und der Scheibenfeder 82 ist ein Zylinder mit einem Boden, und der Halter 83 ist an einem Außenumfang des unteren Endabschnittes des Kolben 17 mit dem großen Durchmesser fixiert. Wenn der Druck in der Verschiebungserweiterungskammer 6 durch eine Leckage des Kraftstoffes abnimmt, wird das ebene Ventil 81 abgesenkt, während das Ventil 81 der Drückkraft der Scheibenfeder widersteht, so dass der Kraftstoff in die Verschiebungserweiterungskammer 6 von dem Kanal 72 strömt. Der Halter 83 hat ein Durchgangsloch 85, dessen Fläche wesentlich größer als jene des Nadelloches 84 ist, und der Kraftstoff kann frei zwischen dem Raum in dem Halter 83 und der Verschiebungserweiterungskammer 6 zirkulieren. Daher kann der Kraftstoff schnell in die Verschiebungserweiterungskammer 6 geliefert werden.The profile of the disc spring 82 is a very thin ring, the thickness of which is 0.01 to 0.05 mm. Therefore, the intensity of the pressing force of the disk spring 82 is low, that is, the pressing force of the disk spring 82 is set at 0.5 to 2 N. The profile of the holder 83 for accommodating and holding the flat valve 81 and the disc spring 82 is a cylinder with a bottom, and the holder 83 is fixed to an outer periphery of the lower end portion of the piston 17 with the large diameter. When the pressure in the displacement expansion chamber 6 decreases due to fuel leakage, the flat valve 81 is lowered while the valve 81 resists the pressing force of the disc spring so that the fuel flows into the displacement expansion chamber 6 from the passage 72 . The holder 83 has a through hole 85 , the area of which is substantially larger than that of the pin hole 84 , and the fuel can freely circulate between the space in the holder 83 and the displacement expansion chamber 6 . Therefore, the fuel can be quickly supplied into the displacement expansion chamber 6 .

Das Nadelloch 84 des ebenen Ventils 81 lässt den Kraftstoff von der Verschiebungserweiterungskammer in die Reserveraumkammer zurückkehren. Beispielsweise ist es, selbst wenn eine elektrische Ladung nicht von dem piezoelektrischen Betätigungsglied 14 aufgrund einer Anomalität bei dem Prozess der Kraftstoffeinspritzung abgegeben werden kann, möglich, dass der Kraftstoff über das Nadelloch 84 zurückkehrt. Daher wird das Kraftstoffeinspritzen angehalten, wenn der Druck in der Verschiebungserweiterungskammer 6 abnimmt. Des Weiteren hat das Nadelloch 84 die nachstehend erörterten Vorteile. Wenn der Kraftstoff in die Verschiebungserweiterungskammer 6 geliefert wird, nachdem die Kraftstoffeinspritzeinheit zusammengebaut worden ist, ist das Saugen durch den Unterdruck zum Liefern des Kraftstoffes einfach gestaltet. Daher kann der Kraftstoff schnell geliefert werden und keine Probleme treten aufgrund dessen auf, dass keine Luft in der Einheit belassen ist. In dem Fall, bei dem der Motor einer langen Zeitspanne lang angehalten wurde, besteht die Möglichkeit, dass der Kolben 18 mit dem kleinen Durchmesser aufgrund seines eigenen Gewichtes absinkt und der Kraftstoff in die Verschiebungserweiterungskammer 6 erneut über das Rückschlagventil 8 geliefert wird. Jedoch ist es möglich, dass der Kraftstoff von dem Nadelloch 84 in den Ablaufkanal 2 abgegeben wird. Daher sind der Kolben 18 mit dem kleinen Durchmesser und der Ventilkörper 52 für eine nach oben gerichtete Bewegung bereit, so dass die Kraftstoffeinspritzeinheit zum Starten des Motors bereit ist. Die Größe des Nadelloches 84 wird so bestimmt, dass die vorstehend beschriebenen Vorgänge ausgeführt werden können, ohne dass die Kraftstoffeigenschaften der Kraftstoffeinspritzeinheit durch die Größe des Nadelloches 84 beeinflusst werden.The pinhole 84 of the flat valve 81 allows the fuel to return from the displacement expansion chamber to the reserve chamber. For example, even if an electric charge cannot be released from the piezoelectric actuator 14 due to an abnormality in the fuel injection process, it is possible for the fuel to return through the pinhole 84 . Therefore, the fuel injection is stopped when the pressure in the displacement expansion chamber 6 decreases. Furthermore, the pinhole 84 has the advantages discussed below. When the fuel is supplied into the displacement expansion chamber 6 after the fuel injection unit is assembled, the suction by the negative pressure for supplying the fuel is made easy. Therefore, the fuel can be delivered quickly and no problems arise because there is no air left in the unit. In the case where the engine has been stopped for a long period of time, there is a possibility that the small diameter piston 18 sinks due to its own weight and the fuel is supplied to the displacement expansion chamber 6 again through the check valve 8 . However, it is possible that the fuel is discharged from the needle hole 84 into the drain passage 2 . Therefore, the small diameter piston 18 and the valve body 52 are ready for upward movement so that the fuel injection unit is ready to start the engine. The size of the pinhole 84 is determined so that the above-described operations can be performed without the fuel properties of the fuel injection unit being affected by the size of the pinhole 84 .

Nachstehend ist unter Bezugnahme auf das in Fig. 3 gezeigte Ablaufdiagramm ein Verfahren zum Steuern des vorstehend beschriebenen Kraftstoffeinspritzventils durch die ECU 9 erläutert. Die Punktlinien in Fig. 3 zeigen das Verhalten der Abschnitte in dem Fall einer normalen Steuerung, bei der die Düsennadel 12 vollständig angehoben ist. Bei der Gesamthubsteuerung wird der Vorgang wie folgt ausgeführt. Zunächst wird, wenn das Kraftstoffeinspritzen gestartet wird (Zeitpunkt t1) eine vorbestimmte hohe Spannung (beispielsweise 100 Volt) an dem piezoelektrischen Betätigungsglied 14 in Übereinstimmung mit einem von der ECU 9 gesendeten Einspritzsignal angelegt. Das piezoelektrische Betätigungsglied 14 erzeugt eine Verschiebung, die der angelegten Spannung (a) proportional ist. Daher werden der piezoelektrische Kolben 15 und der Kolben 17 mit dem großen Durchmesser um die gleiche Verschiebung nach unten bewegt, so dass der hydraulische Druck in der Verschiebungserweiterungskammer 6 zunimmt. A method for controlling the fuel injection valve described above by the ECU 9 will be explained with reference to the flowchart shown in FIG. 3. The dotted lines in FIG. 3 show the behavior of the sections in the case of a normal control in which the nozzle needle 12 is fully raised. With the overall stroke control, the process is carried out as follows. First, when the fuel injection is started (time t1), a predetermined high voltage (for example, 100 volts) is applied to the piezoelectric actuator 14 in accordance with an injection signal sent from the ECU 9 . The piezoelectric actuator 14 produces a displacement that is proportional to the applied voltage (a). Therefore, the piezoelectric piston 15 and the large diameter piston 17 are moved down by the same displacement, so that the hydraulic pressure in the displacement expansion chamber 6 increases.

Durch eine Zunahme des hydraulischen Druckes in der Verschiebungserweiterungskammer 6 wird der Kolben 18 mit dem kleinen Durchmesser abgesenkt, und der Ventilkörper 52 wird von dem Ablaufblatt 53 nach unten gedrückt. Der Hub (b) des Ventilkörpers 52 wird zusammen mit der Zunahme der angelegten Spannung (a) erhöht. In diesem Fall ist eine Bewegung zu dem unter Abschnitt in Fig. 1 als positiv definiert. Danach wird der Ventilkörper 52 auf den Hochdrucksitz 54 gesetzt. Zu diesem Zeitpunkt wird der Hub (b) des Ventilkörpers 52 in Bezug auf die Verschiebung des piezoelektrischen Betätigungsgliedes 14 um das Verhältnis der Fläche (beispielsweise 2 Mal) des Kolbens 17 mit dem großen Durchmesser zu dem Kolben 18 mit dem kleinen Durchmesser vergrößert.As the hydraulic pressure in the displacement expansion chamber 6 increases , the small diameter piston 18 is lowered and the valve body 52 is pressed down by the drain sheet 53 . The stroke (b) of the valve body 52 is increased along with the increase in the applied voltage (a). In this case, a movement to that under section in Fig. 1 is defined as positive. The valve body 52 is then placed on the high pressure seat 54 . At this time, the stroke (b) of the valve body 52 with respect to the displacement of the piezoelectric actuator 14 is increased by the ratio of the area (for example, twice) of the large diameter piston 17 to the small diameter piston 18 .

Gemäß dem Hub (b) des Ventilkörpers 52 stehen die Ventilkammer 51 und die Ablauföffnung 21 miteinander in Verbindung, und dann wird die Verbindung mit der Hochdrucköffnung 32 aufgehoben. Daher nimmt der Druck in der Ventilkammer 51 ab und der hydraulische Druck (c) der Steuerkammer 4 nimmt ab, die mit der Ventilkammer 51 in Verbindung steht. Wenn der hydraulische Druck (c) in der Steuerkammer 4 abgenommen hat und der hydraulische Druck in dem Kraftstoffreserveraum 31, der an der Düsennadel 12 so wirkt, das sie nach oben bewegt werden kann, die hydraulische Kraft der Steuerkammer 4 und die Federkraft der Feder 41 überwindet, wird der Hub (d) der Düsennadel 12 von dem Düsensitz 13 gestartet und wird das Kraftstoffeinspritzen aus dem Düsenloche gestartet (Zeitpunkt t2). Selbst nachdem der Zeitpunkt t2 verstrichen ist, nimmt der hydraulische Druck (c) in der Steuerkammer 4 ab und der Hub (b) der Düsennadel 12 wird zu der Vollhubposition angehoben. Dieser Zustand wird bis zu einem vorbestimmten Einspritzanhaltezeitpunkt aufrecht gehalten.According to the stroke (b) of the valve body 52 , the valve chamber 51 and the drain port 21 communicate with each other, and then the connection with the high pressure port 32 is released . Therefore, the pressure in the valve chamber 51 decreases and the hydraulic pressure (c) of the control chamber 4 , which communicates with the valve chamber 51 , decreases. When the hydraulic pressure (c) in the control chamber 4 has decreased and the hydraulic pressure in the fuel reserve space 31 , which acts on the nozzle needle 12 so that it can be moved upward, the hydraulic force of the control chamber 4 and the spring force of the spring 41 overcomes, the stroke (d) of the nozzle needle 12 is started from the nozzle seat 13 and the fuel injection from the nozzle hole is started (time t2). Even after the time t2 has passed, the hydraulic pressure (c) in the control chamber 4 decreases and the stroke (b) of the nozzle needle 12 is raised to the full stroke position. This state is maintained until a predetermined injection stop timing.

In dem Fall des Anhaltens der Kraftstoffeinspritzung wird die angelegte Spannung (a) auf null verringert, indem die elektrische Ladung des piezoelektrischen Betätigungsgliedes 14 entladen wird (Zeitpunkt t4). Während dieser Zeit zieht sich das piezoelektrische Betätigungsglied 14 um eine Verschiebung zusammen, die zum Zeitpunkt des Anlegens der Spannung auftritt, und kehrt zu seiner ursprünglichen Länge zurück, und der piezoelektrische Kolben 15 wird angehoben, indem er durch die Feder 71 gedrückt wird. Der Kolben 17 mit dem großen Durchmesser, der mit dem piezoelektrischen Kolben 15 durch die Stange 16 verbunden ist, wird zusammen mit dem piezoelektrischen Kolben 15 angehoben, so dass der hydraulische Druck in der Verschiebungserweiterungskammer 6 verringert wird. Wenn der hydraulische Druck in der Verschiebungserweiterungskammer 6 abnimmt, wird die Kraft des Kolbens 18 mit dem kleinen Durchmesser, durch die der Ventilkörper 52 gegen den Hochdrucksitz 54 gedrückt wird, der dem Druck der Hochdrucköffnung 32 Widerstand entgegen bringt, abgeleitet. Daher wird der Kolben 18 mit dem kleinen Durchmesser zusammen mit dem Ventilkörper 52 angehoben.In the case of stopping fuel injection, the applied voltage (a) is reduced to zero by discharging the electric charge of the piezoelectric actuator 14 (time t4). During this time, the piezoelectric actuator 14 contracts by a displacement that occurs at the time the voltage is applied and returns to its original length, and the piezoelectric piston 15 is raised by being pressed by the spring 71 . The large diameter piston 17 connected to the piezoelectric piston 15 through the rod 16 is raised together with the piezoelectric piston 15 , so that the hydraulic pressure in the displacement expansion chamber 6 is reduced. When the hydraulic pressure in the displacement expansion chamber 6 decreases, the force of the small diameter piston 18 , by which the valve body 52 is pressed against the high pressure seat 54, which resists the pressure of the high pressure opening 32 , is derived. Therefore, the piston 18 with the small diameter is raised together with the valve body 52 .

Wenn der Ventilkörper 52 auf den Ablaufsitz 53 erneut gesetzt wird und seine Hubposition (b) zu dem ursprünglichen Zustand zurück kehrt, steht die Ventilkammer 51 mit der Hochdrucköffnung 32 in Verbindung und die Verbindung mit der Ablauföffnung 21 wird getrennt. Daher wird der hydraulische Druck (c) in der Ventilkammer 51 und in der Steuerkammer 4 wiederhergestellt. Wenn der hydraulische Druck (b) in der Steuerkammer 4 erhöht wird und die nach unten auf die Düsennadel 12 wirkende Kraft die hydraulische Kraft in dem Kraftstoffreserveraum 31 überwindet, wird die Düsennadel von der Vollhubposition abgesenkt und erneut auf den Düsensitz 13 gesetzt und das Kraftstoffeinspritzen wird angehalten (Zeitpunkt t6).When the valve body 52 is seated on the drain seat 53 again and its stroke position (b) returns to the original state, the valve chamber 51 communicates with the high pressure port 32 and the connection with the drain port 21 is disconnected. Therefore, the hydraulic pressure (c) in the valve chamber 51 and in the control chamber 4 is restored. When the hydraulic pressure (b) in the control chamber 4 is increased and the force acting down on the nozzle needle 12 overcomes the hydraulic force in the fuel reserve space 31 , the nozzle needle is lowered from the full stroke position and placed on the nozzle seat 13 again and the fuel injection will take place stopped (time t6).

Bei der vorstehenden beschriebenen Vollhubsteuerung steuert die ECU 9 die Spannungsanlegestartzeit und die Startzeit der Entladung der elektrischen Ladung des piezoelektrischen Betätigungsgliedes 14 in Übereinstimmung mit einer Zielmenge der Kraftstoffeinspritzung. Im Allgemeinen wird die Kraftstoffeinspritzmenge proportional zu der Ventilöffnungszeitspanne (Kraftstoffeinspritzzeit) der Düsennadel 12 erhöht. Da jedoch eine vorbestimmte Zeitspanne erforderlich ist, damit die Düsennadel 12 vollständig angehoben wird und außerdem die Düsennadel 12 von der Vollhubposition auf den Düsensitz 13 gesetzt wird, ist es daher in dem Fall, bei dem Zielmenge der Kraftstoffeinspritzung gering ist, erforderlich, das die Düsennadel 12 mit dem Absenken beginnt. Aus dem vorstehend dargelegten Grund kann eine Schwankung zwischen den Kraftstoffeinspritzschüssen auftreten, was ein genaues Steuern der Kraftstoffeinspritzmenge schwierig gestaltet.In the full-stroke control described above, the ECU 9 controls the voltage application start time and the start time of discharge of the electric charge of the piezoelectric actuator 14 in accordance with a target amount of fuel injection. In general, the fuel injection amount is increased in proportion to the valve opening period (fuel injection time) of the nozzle needle 12 . However, since a predetermined period of time is required for the nozzle needle 12 to be fully raised and also for the nozzle needle 12 to be seated on the nozzle seat 13 from the full lift position, it is necessary that the nozzle needle be small in the case where the target amount of fuel injection is small 12 starts lowering. For the reason set out above, a fluctuation between the fuel injection shots can occur, making it difficult to control the fuel injection amount accurately.

Daher wird der Vorgang bei der vorliegenden Erfindung wie folgt ausgeführt. Die Hubposition der Düsennadel 12 zum Zeitpunkt des Ventilöffnens wird bei einer beliebigen Position gesteuert, wobei ihr Hub geringer als der Vollhub ist und beispielsweise die Hubposition der Düsennadel 12 zum Zeitpunkt des Ventilöffnens bei einer vorbestimmten Halbhubposition gesteuert wird. Eine durchgehende Linie in Fig. 3 zeigt ein Beispiel (Halbhubsteuerung (1)) einer Halbhubsteuerung. Das Kraftstoffeinspritzen wird in der gleichen Weise wie bei der vorstehend beschriebenen Vollhubsteuerung gestartet und eine vorbestimmte hohe Spannung, die die gleiche wie eine angeforderte Spannung zum Zeitpunkt des Vollhubs ist, wird an dem piezoelektrischen Betätigungsglied 14 durch die ECU 9 angelegt (Zeitpunkt t1). Aufgrund dessen erzeugt das piezoelektrische Betätigungsglied 14 eine der angelegten Spannung (a) entsprechende Verschiebung und treibt den Ventilkörper 52 über den piezoelektrischen Kolben 15, den Kolben 17 mit den großen Durchmesser, die Verschiebungserweiterungskammer 6 und den Kolben 18 mit dem kleinen Durchmesser an. Wenn der hydraulische Druck (c) in der Steuerkammer 4 auf einen vorbestimmten Druck in Übereinstimmung mit dem Hub (b) des Ventilkörpers 52 verringert ist, wird der Hub (b) der Düsennadel 12 gestartet (Zeitpunkt t2). Therefore, the process in the present invention is carried out as follows. The stroke position of the nozzle needle 12 at the time of valve opening is controlled at any position, its stroke being less than the full stroke and, for example, the stroke position of the nozzle needle 12 at the time of valve opening is controlled at a predetermined half stroke position. A solid line in Fig. 3 shows an example (half-stroke control ( 1 )) of a half-stroke control. The fuel injection is started in the same manner as in the full stroke control described above, and a predetermined high voltage, which is the same as a requested voltage at the time of the full stroke, is applied to the piezoelectric actuator 14 by the ECU 9 (time t1). As a result, the piezoelectric actuator 14 generates a displacement corresponding to the applied voltage (a) and drives the valve body 52 via the piezoelectric piston 15 , the large-diameter piston 17 , the displacement expansion chamber 6, and the small-diameter piston 18 . When the hydraulic pressure (c) in the control chamber 4 is reduced to a predetermined pressure in accordance with the stroke (b) of the valve body 52 , the stroke (b) of the nozzle needle 12 is started (time t2).

Zum Zeitpunkt der Vollhubsteuerung wird die angelegte Spannung (a) sogar nach dem Zeitpunkt t2 bis zu dem Zeitpunkt t4 konstant gehalten. Jedoch wird in diesem Fall zum Ausführen der Halbhubsteuerung an dem piezoelektrischen Betätigungsglied 14 eine hohe Spannung in einer derartigen Weise angelegt, dass eine vorbestimmte hohe positive Spannung (beispielsweise 100 Volt) und ein elektrisches Potential von null abwechselnd geliefert werden. Genauer gesagt wird unmittelbar nach dem Zeitpunkt t2, bei dem die Düsennadel 12 mit dem Anheben beginnt, die elektrische Ladung des piezoelektrischen Betätigungsgliedes 14 abgegeben, so dass die angelegte Spannung (a) null ist (Zeitpunkt t3). Da die angelegte Spannung (a) bei einer vorbestimmten hohen Spannung zum Zeitpunkt der Vollhubsteuerung gehalten wird, wird der hydraulische Druck (c) in der Steuerkammer 4, die mit der Ablauföffnung 21 in Verbindung steht, verringert, bis die Düsennadel 12 vollständig angehoben ist. Jedoch wird, wenn die angelegte Spannung (a) bei der Halbhubsteuerung zu null wird, der Ventilkörper 12 erneut auf den Ablaufsitz 53 gesetzt, und der hydraulische Drucks (c) in der Steuerkammer 4 wird erneut angehoben, ohne das er den minimalen Druck (gepunktete Linie) zum Zeitpunkt des Vollhubs erreicht. Danach dauert das Anheben der Düsennadel 12 eine Zeitlang an. Jedoch ist die Anhebgeschwindigkeit gering und die Düsennadel 12 beginnt mit dem Absenken erneut, ohne dass der volle Hub erreicht wird.At the time of full stroke control, the applied voltage (a) is kept constant even after time t2 up to time t4. However, in this case, in order to perform the half-stroke control, a high voltage is applied to the piezoelectric actuator 14 in such a manner that a predetermined high positive voltage (e.g. 100 volts) and an electric potential of zero are alternately supplied. More specifically, immediately after the time t2 at which the nozzle needle 12 starts lifting, the electric charge of the piezoelectric actuator 14 is released so that the applied voltage (a) is zero (time t3). Since the applied voltage (a) is kept at a predetermined high voltage at the time of full stroke control, the hydraulic pressure (c) in the control chamber 4 communicating with the drain port 21 is reduced until the nozzle needle 12 is fully raised. However, when the applied voltage (a) becomes zero in the half stroke control, the valve body 12 is put back on the drain seat 53 , and the hydraulic pressure (c) in the control chamber 4 is raised again without failing the minimum pressure (dotted Line) reached at the time of the full stroke. Thereafter, the lifting of the nozzle needle 12 continues for a while. However, the lifting speed is slow and the nozzle needle 12 starts lowering again without reaching the full stroke.

Dann treten, wenn das Anlegen einer vorbestimmten hohen Spannung und das Abgeben der elektrischen Ladung wiederholt ausgeführt werden, ein Zustand, bei dem der Hub (b) das Ventilkörpers 52 auf den Ventilsitz 53 gesetzt ist, und ein Zustand abwechseln auf, bei dem der Hub (b) des Ventilkörpers 52 auf den Hochdrucksitz 54 gesetzt ist. Entsprechend wird der hydraulische Druck (c) in der Steuerkammer 4 erhöht und verringert und die Düsennadel 12 schwankt in einem konstanten Bereich, der die Halbhubposition umfasst. In diesem Fall wird das Anlegen der hohen Spannung 4 Mal ((2) bis (5)) wiederholt bei konstanten Intervallen von dem Zeitpunkt t2 bis zu dem Zeitpunkt t4 ausgeführt. Wenn das elektrische Potential nach (5) zu null wird, senkt sich die Düsennadel 12 zu einer Position, an der die Düsennadel 12 an dem Düsensitz 13 sitzt, und die Kraftstoffeinspritzung ist vollendet (Zeitpunkt t5). Zu diesem Zeitpunkt senkt sich die Düsennadel 12 von der Halbhubposition. Daher tritt der Kraftstoffeinspritzvollendungszeitpunkt t5 früher als der Kraftstoffeinspritzvollendungszeitpunkt t6 zum Zeitpunkt des Vollhubs auf.Then, when the application of a predetermined high voltage and the discharge of the electric charge are repeatedly performed, a state in which the stroke (b) of the valve body 52 is set on the valve seat 53 and a state in which the stroke occurs alternately occur (b) the valve body 52 is placed on the high pressure seat 54 . Accordingly, the hydraulic pressure (c) in the control chamber 4 is increased and decreased and the nozzle needle 12 fluctuates in a constant range, which includes the half-stroke position. In this case, the application of the high voltage is performed 4 times ((2) to (5)) repeatedly at constant intervals from the time t2 to the time t4. When the electric potential according to (5) becomes zero, the nozzle needle 12 lowers to a position where the nozzle needle 12 is seated on the nozzle seat 13 , and the fuel injection is completed (time t5). At this time, the nozzle needle 12 lowers from the half-stroke position. Therefore, the fuel injection completion timing t5 occurs earlier than the fuel injection completion timing t6 at the full stroke timing.

In dem Fall der Halbhubsteuerung ist gemäß Fig. 2 die Zeitspanne des Anlegens der hohen Spannung beim ersten Mal (1) an dem piezoelektrischen Betätigungsglied 14 länger als bei dem zweiten Mal (2) und als jene (3) bis (5) gestaltet. Der Grund dafür liegt darin, dass wenn die Düsennadel 12 angehoben wird, es aufgrund des Ausgebens eines Druckgleichgewichts erforderlich ist, den Druck in der Steuerkammer 4 in dem Fall wesentlich zu verringern, bei dem die Düsennadel 12 an dem Düsensitz 13 sitzt, als in dem Fall, bei dem die Düsennadel 12 bereits vom dem Düsensitz 13 angehoben worden ist. Zu dem Zeitpunkt (2) bis zu dem Zeitpunkt (5) kann die Zeitspanne des Anlegens einer hohen Spannung und der Intervall jedes mal so eingestellt werden, dass der hydraulische Druck (c) in der Steuerkammer 4 in einem Bereich wesentlich geändert werden kann, der dem unterem Grenzwert und dem oberen Grenzwert der Düsennadel 12 entspricht, die zuvor eingestellt worden sind.In the case of the half-stroke control, as shown in FIG. 2, the time period of applying the high voltage at the first time (1) to the piezoelectric actuator 14 is longer than that at the second time (2) and as that (3) to (5). The reason for this is that when the nozzle needle 12 is raised, it is necessary, due to the output of a pressure balance, to substantially reduce the pressure in the control chamber 4 in the case where the nozzle needle 12 is seated on the nozzle seat 13 than in that Case in which the nozzle needle 12 has already been raised from the nozzle seat 13 . At the time (2) to the time (5), the period of applying a high voltage and the interval can be set each time so that the hydraulic pressure (c) in the control chamber 4 can be changed significantly in a range that corresponds to the lower limit value and the upper limit value of the nozzle needle 12 , which have previously been set.

Um die Düsennadel 12 bei einer vorbestimmten Halbhubposition zu halten, ist es möglich, eine Einrichtung vorzusehen, die den Hub der Düsennadel 12 direkt oder indirekt erfasst, und gemäß dem Ergebnis der Erfassung kann das Drei-Wege-Ventil 5 so gesteuert werden, das es öffnet und schließt, so dass der Hub der Düsennadel 12 in einem vorbestimmten Bereich sein kann. Beispielsweise ist ein bekannter Spaltsensor der kapazitiven Art oder der Wirbelstromart nahe der Düsennadel 12 so angeordnet, dass der Hub der Düsennadel 12 direkt erfasst wird. Alternativ ist ein bekannter Drucksensor zum Erfassen des Drucks in der Steuerkammer 4 so angeordnet, dass er den Hub der Düsennadel 12 mittels des Drucks in der Steuerkammer 4 indirekt erfasst. Dann wird die angelegte Spannung (a) so gesteuert, dass die Hubposition der Düsennadel 12 in einem konstanten Bereich sein kann, das heißt die angelegte Spannung (a) wird so gesteuert, dass der Hub der Düsennadel 12 nicht niedriger als der untere Grenzwert oder nicht höher als der obere Grenzwert ist.In order to keep the nozzle needle 12 at a predetermined half-stroke position, it is possible to provide a device that detects the stroke of the nozzle needle 12 directly or indirectly, and according to the result of the detection, the three-way valve 5 can be controlled so that it opens and closes so that the stroke of the nozzle needle 12 can be in a predetermined range. For example, a known gap sensor of the capacitive type or of the eddy current type is arranged near the nozzle needle 12 in such a way that the stroke of the nozzle needle 12 is detected directly. Alternatively, a known pressure sensor for detecting the pressure in the control chamber 4 is arranged such that it indirectly detects the stroke of the nozzle needle 12 by means of the pressure in the control chamber 4 . Then, the applied voltage (a) is controlled so that the stroke position of the nozzle needle 12 can be in a constant range, that is, the applied voltage (a) is controlled so that the stroke of the nozzle needle 12 is not lower than the lower limit or not is higher than the upper limit.

In dieser Weise ist es möglich, die Düsennadel 12 bei einer vorbestimmten Halbhubposition mit einer hohen Steuerbarkeit zu halten. Bei der Halbhubsteuerung ist die Öffnungsfläche um die Düsennadel 12 herum kleiner als zum Zeitpunkt des Vollhubs und die Einspritzrate (Kraftstoffeinspritzlänge pro Zeiteinheit) ist geringer als bei der Halbhubsteuerung und des Weiteren ist die zum Öffnen und Schließen erforderliche Zeitspanne kürzer bei der Halbhubsteuerung. Daher ist es möglich, ein Einspritzen einer geringen Kraftstoffmenge stabil auszuführen. Wenn eine Zielmenge der Kraftstoffeinspritzung oder eine Zielzeit der Kraftstoffeinspritzung geringer als ein vorbestimmter Wert ist, ist es somit möglich, die Kraftstoffeinspritzmenge mit einer hohen Genauigkeit zu steuern, indem diese Halbhubsteuerung ausgeführt wird. Insbesondere wenn der in Fig. 2 gezeigte Einspritzdüsenabschnitt 10, dessen Anzahl an Löchern geändert werden kann, verwendet wird und lediglich die Düsenlöcher 11a an der unter Seite zum Zeitpunkt des Halbhubs geöffnet sind, so dass die Gesamtöffnungsfläche der Düsenlöcher zum Zeitpunkt des Halbhubs geringer als zum Zeitpunkt des Vollhubs ist, kann die erwünschte Kraftstoffeinspritzmenge mit Leichtigkeit in einer sicheren Art und Weise verwirklicht werden. Beispielsweise ist es zum Verringern des von einem Dieselmotor erzeugten Geräusches von Vorteil, ein Pilotkraftstoffeinspritzen auszuführen, bei dem eine geringfügige Kraftstoffmenge eingespritzt wird, bevor ein Hauptkraftstoffeinspritzen ausgeführt wird. Jedoch ist es schwierig, die geringfügige Kraftstoffmenge genau einzustellen. Wenn des weiteren die Kraftstoffeinspritzzeit sich von dem oberen Totpunkt der Kompression außerordentlich unterscheidet, haftet bei hoher Einspritzrate eingespritzter Kraftstoff an einer Zylinderwand an und das Schmiermittel in dem Motor wird durch den somit eingespritzten Kraftstoff verdünnt. In diesem Fall ist eine Halbhubsteuerung der vorliegenden Erfindung anwendbar. Wenn die Kraftstoffeinspritzsteuerung stabil ausgeführt wird, kann die Verbrennungsleistung eines Verbrennungsmotors außerordentlich verbessert werden. Des Weiteren kann, wenn das Einspritzverhältnis verringert wird, verhindert werden, das der Kraftstoff an der Zylinderwand anhaftet.In this way, it is possible to keep the nozzle needle 12 at a predetermined half stroke position with high controllability. In the half-stroke control, the opening area around the nozzle needle 12 is smaller than at the time of the full stroke and the injection rate (fuel injection length per unit time) is lower than in the half-stroke control, and furthermore, the time period required for opening and closing is shorter in the half-stroke control. Therefore, it is possible to stably perform injection of a small amount of fuel. Thus, when a target amount of fuel injection or a target time of fuel injection is less than a predetermined value, it is possible to control the fuel injection amount with high accuracy by executing this half-stroke control. Specifically, when the injection nozzle portion shown in Fig. 2 10, the number can be changed to holes is used, and only the nozzle holes 11 are opened at the under side at the time of Halbhubs a, so that the total opening area of the nozzle holes at the time of Halbhubs less than at the time of the full stroke, the desired fuel injection amount can be easily realized in a safe manner. For example, to reduce the noise generated by a diesel engine, it is advantageous to perform pilot fuel injection in which a small amount of fuel is injected before main fuel injection is performed. However, it is difficult to accurately adjust the small amount of fuel. Furthermore, when the fuel injection time differs greatly from the compression top dead center, fuel injected at a high injection rate adheres to a cylinder wall and the lubricant in the engine is diluted by the fuel thus injected. In this case, half stroke control of the present invention is applicable. If the fuel injection control is carried out stably, the combustion performance of an internal combustion engine can be greatly improved. Furthermore, if the injection ratio is decreased, the fuel can be prevented from adhering to the cylinder wall.

Eine Strichpunktlinie mit zwei Punkten in Fig. 3 zeigt ein weiteres Beispiel der Steuerung einer angelegten Spannung (a), die an dem piezoelektrischen Betätigungsglied 14 in dem Fall einer Halbhubsteuerung (Halbhubsteuerung (2)) angelegt wird. Nach dem Anlegen einer hohen Spannung (beispielsweise 100 Volt) beim ersten Mal (1) wird die angelegte Spannung (a) nicht auf ein elektrisches Potential von null abgesenkt, und eine vorbestimmte geringe positive Spannung wird gehalten und dann wird die hohe Spannung erneut angelegt. Dieser Vorgang wird wiederholt. In diesem Fall ist die vorbestimmte positive Spannung eine minimale Spannung (beispielsweise 60 Volt), bei der der Ventilkörper 52 in Bezug auf die Ablauföffnung 21 offen gehalten wird, das heißt die vorbestimmte positive Spannung ist auf einen niedrigen Wert so eingestellt, das der Ventilkörper 52 nicht auf den Ablaufsitz 53 gesetzt werden kann. Aufgrund dessen wird der Hub (b) des Ventilkörpers 52 abwechselnd zwischen einem Zustand, bei dem der Ventilkörper 52 auf dem Hochdrucksitz 54 sitzt, und einem Zustand wiederholt, bei dem der Ventilkörper 52 nicht vollständig auf dem Ablaufsitz 53 sitzt sondern geringfügig angehoben ist. In diesem Zusammenhang wird eine Anhebphase des hydraulischen Drucks in der Steuerkammer 4 selten verändert, da eine Strömung des unter hohem Druck stehenden Kraftstoffes von der Hochdrucköffnung 32 in diesem Bereich selbst dann dominant ist, wenn der Ventilkörper 52 auf dem Ablaufsitz 53 sitzt, wie dies bei der Halbhubsteuerung (1) gezeigt ist, oder selbst wenn der Ventilkörper 52 von dem Ablaufsitz 53 geringfügig angehoben ist, wie dies bei diesem Ausführungsbeispiel gezeigt ist.A two-dot chain line in FIG. 3 shows another example of the control of an applied voltage (a) applied to the piezoelectric actuator 14 in the case of half-stroke control (half-stroke control ( 2 )). After a high voltage (for example, 100 volts) is applied the first time (1), the applied voltage (a) is not lowered to an electric potential of zero, and a predetermined low positive voltage is held and then the high voltage is reapplied. This process is repeated. In this case, the predetermined positive voltage is a minimum voltage (e.g., 60 volts) at which the valve body 52 is kept open with respect to the drain hole 21 , that is, the predetermined positive voltage is set to a low value so that the valve body 52 cannot be placed on the drain seat 53 . Because of this, the stroke (b) of the valve body 52 is alternately repeated between a state in which the valve body 52 is seated on the high-pressure seat 54 and a state in which the valve body 52 is not fully seated on the drain seat 53 but is slightly raised. In this connection, an increase phase of the hydraulic pressure in the control chamber 4 is rarely changed because a flow of the high pressure fuel from the high pressure port 32 is dominant in this area even when the valve body 52 is seated on the drain seat 53 , as in 1 , or even when the valve body 52 is slightly raised from the drain seat 53 , as shown in this embodiment.

Demgemäß ist der Hub (d) der Düsennadel 12 im Wesentlichen der gleiche wie in dem Fall der vorstehend beschriebenen Halbhubsteuerung (1) und die gleiche Halbhubsteuerung kann ausgeführt werden. Die vorstehend beschriebene Steuerung kann deshalb verwirklicht werden, weil, wenn die angeregte Spannung von der angelegten Spannung (erforderliche Spannung für den Vollhub) des piezoelektrischen Betätigungsgliedes zum Setzen des Ventilkörpers 52 des Drei-Wege-Ventils 5 auf den Hochdrucksitz 54 verringert wird, der Ventilkörper 52 im Wesentlichen auf dem Ablaufsitz 53 sitzen kann, (Der Ventilkörper 52 sitzt nicht vollständig sondern ist geringfügig angehoben) selbst wenn die Spannung nicht auf Null abgesenkt ist.Accordingly, the stroke (d) of the nozzle needle 12 is substantially the same as in the case of the half-stroke control ( 1 ) described above, and the same half-stroke control can be carried out. The control described above can be realized because when the excited voltage is reduced from the applied voltage (voltage required for full stroke) of the piezoelectric actuator to set the valve body 52 of the three-way valve 5 on the high pressure seat 54 , the valve body 52 can essentially sit on the drain seat 53 (the valve body 52 is not fully seated but is slightly raised) even if the voltage is not reduced to zero.

In Fig. 4 zeigt der Punkt A die Verschiebung und die Kraft, die durch das piezoelektrische Betätigungsglied 14 erzeugt wird und die erforderlich ist, damit der Ventilkörper 52 mit dem Anheben von dem Ablaufsitz 53 beginnt. Da der hohe Druck in der Ventilkammer 51 auf dem Ventilkörper 52 in der Ventilschließrichtung wirkt, ist die stärkst möglichste Erzeugungskraft des piezoelektrischen Betätigungsgliedes bei diesem Punkt A erforderlich und eine Spannung von 90 Volt ist erforderlich. Wenn der Ventilkörper 52 erst einmal von dem Ablaufsitz 53 angehoben ist, wirkt der in der Ventilkammer 51 vorherrschende hydraulische Druck in der Ventilöffnungsrichtung. Als ein Ergebnis ist es nicht erforderlich, dass das piezoelektrische Betätigungsglied 14 eine starke Kraft erzeugt. Bei Punkt B, bei dem der Ventilkörper 52 vollständig angehoben und auf den Hochdrucksitz 54 gesetzt ist, ist eine Spannung von 100 Volt erforderlich, die geringfügig höher als an Punkt A ist. Wenn der Ventilkörper 52 von Punkt B abgesenkt wird, wird die Spannung auf 60 Volt verringert, und dann erreicht der Ventilkörper 53 den Punkt C, bei dem der Ventilkörper 52 im Wesentlichen auf dem Ablaufsitz 53 sitzt, und der hydraulische Druck in der Steuerkammer 4 wird in im Wesentlichen der gleichen Weise wie in dem Fall angehoben, bei dem der Ventilkörper 52 vollständig sitzt.In Fig. 4, point A shows the displacement and force generated by the piezoelectric actuator 14 and required for the valve body 52 to begin lifting from the drain seat 53 . Since the high pressure in the valve chamber 51 acts on the valve body 52 in the valve closing direction, the strongest possible generation force of the piezoelectric actuator is required at this point A and a voltage of 90 volts is required. Once the valve body 52 is raised from the drain seat 53 , the hydraulic pressure prevailing in the valve chamber 51 acts in the valve opening direction. As a result, the piezoelectric actuator 14 is not required to generate a strong force. At point B, where the valve body 52 is fully raised and placed on the high pressure seat 54 , a voltage of 100 volts is required, which is slightly higher than at point A. When valve body 52 is lowered from point B, the voltage is reduced to 60 volts, and then valve body 53 reaches point C, where valve body 52 is substantially seated on drain seat 53 , and the hydraulic pressure in control chamber 4 becomes raised in substantially the same manner as in the case where the valve body 52 is fully seated.

Demgemäß ist, wenn Bewegungen, bei denen der Hub von Punkt B abnimmt und der Ventilkörper 52 auf den Ablaufsitz 53 gesetzt wird und dann vollständig angehoben wird, wiederholt werden, es nicht erforderlich, dass der Ventilkörper 52 vollständig auf dem Ablaufsitz 53 gesetzt ist, sondern es ist ausreichend, dass der Ventilkörper 52 zwischen den Punkten C und B bewegt wird. Das heißt wenn die angelegte Spannung von 100 Volt auf 60 Volt und von 60 Volt auf 100 Volt verändert wird, ist es möglich, die gleiche Halbhubsteuerung zu verwirklichen. Wenn die vorstehend beschriebene Steuerung ausgeführt wird, ist es möglich, die erforderliche Energiemenge um 60% im Vergleich zu dem Fall von 100 Volt → 0 Volt → 100 Volt zu verringern. Demgemäß ist es möglich, die Halbhubsteuerung mittels einer niedrigeren Energiehöhe auszuführen.Accordingly, when movements in which the stroke decreases from point B and the valve body 52 is placed on the drain seat 53 and then fully raised, it is not necessary that the valve body 52 is fully seated on the drain seat 53 but it is sufficient that the valve body 52 is moved between points C and B. That is, if the applied voltage is changed from 100 volts to 60 volts and from 60 volts to 100 volts, it is possible to implement the same half-stroke control. If the control described above is carried out, it is possible to reduce the amount of energy required by 60% compared to the case of 100 volts → 0 volts → 100 volts. Accordingly, it is possible to perform the half stroke control by means of a lower energy level.

Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wird das Drei-Wege-Ventil als das Steuerventil verwendet. Jedoch ist es möglich, die Einheit derart aufzubauen, das ein Zwei-Wege-Ventil anstelle des Drei-Wege-Ventils verwendet wird. Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel ist die Steuerkammer derart eingerichtet, dass sie einer oberen Endseite der Düsennadel zugewandt ist. Jedoch ist ein Aufbau möglich, bei dem ein Kolbenelement sich zusammen mit der Düsennadel bewegt und ein Gegendruck der Steuerkammer auf dieses Element wirkt.In the embodiment described above, this is Three-way valve used as the control valve. However it is possible to assemble the unit in such a way that a two-way valve is used instead of the three-way valve. In which The embodiment described above is Control chamber set up to have an upper end side the nozzle needle is facing. However, a structure is possible at which a piston element moves together with the nozzle needle and a back pressure of the control chamber acts on this element.

Die Fig. 5 und 6 zeigen Ansichten des Aufbaus einer Einspritzeinrichtung, die in einer Kraftstoffeinspritzeinheit der Common Rail-Art eines Dieselmotors montiert ist, bei der die vorliegende Erfindung angewendet ist. Fig. 7 zeigt eine Ansicht eines Aufbaus der Kraftstoffeinspritzeinheit. FIGS. 5 and 6 show views of the structure of an injection device of a diesel engine is mounted in a fuel injection unit of the common rail type in which the present invention is applied. Fig. 7 is a view showing a structure of the fuel injection unit.

Einspritzeinrichtungen 1011, deren Anzahl die gleiche wie die Anzahl der Zylinder des Dieselmotors ist, sind entsprechend den Zylindern angeordnet. Bei dem in der Zeichnung gezeigten Beispiel ist nur eine Einspritzeinrichtung 1011 dargestellt. Jede Einspritzeinrichtung 1011 wird mit Kraftstoff aus der Common Rail 1015 beliefert, die mit der Einspritzeinrichtung 1011 über die Lieferleitung 1016 in Verbindung steht. Die Einspritzeinrichtung 1011 spritzt Kraftstoff in die Verbrennungskammer von jedem Zylinder bei im Wesentlichen dem gleichen Einspritzdruck wie der Kraftstoffdruck in der Common Rail 1015 ein. Dieser Druck wird in dieser Beschreibung nachstehend als der Common Rail-Druck bezeichnet. Der Kraftstoff wird unter Druck stehend aus dem Kraftstoffbehälter 1012 zu der Common Rail 1015 durch die Hochdrucklieferpumpe 1014 geliefert, so dass der Kraftstoff in der Common Rail 1015 bei einem hohen Druck gespeichert wird.Injectors 1011 , the number of which is the same as the number of cylinders of the diesel engine, are arranged corresponding to the cylinders. In the example shown in the drawing, only one injection device 1011 is shown. Each injector 1011 is supplied with fuel from the common rail 1015 , which is connected to the injector 1011 via the delivery line 1016 . The injector 1011 injects fuel into the combustion chamber of each cylinder at substantially the same injection pressure as the fuel pressure in the common rail 1015 . This pressure is referred to below as the common rail pressure in this description. The fuel is supplied under pressure from the fuel tank 1012 to the common rail 1015 by the high pressure delivery pump 1014 , so that the fuel is stored in the common rail 1015 at a high pressure.

Der von der Common Rail 1015 zu der Einspritzeinrichtung 1011 gelieferte Kraftstoff wird nicht nur zum Einspritzen in die Verbrennungskammer verwendet, sondern auch für den hydraulischen Druck zum Steuern der Einspritzeinrichtung 1011. Der Kraftstoff zirkuliert von der Einspritzeinrichtung 1011 zu dem Kraftstoffbehälter 1012, der eine Niedrigdruckquelle ist, über die Ablaufleitung 1017.The fuel supplied from the common rail 1015 to the injector 1011 is used not only for injecting into the combustion chamber, but also for the hydraulic pressure for controlling the injector 1011 . The fuel circulates from the injector 1011 to the fuel tank 1012 , which is a low pressure source, via the drain line 1017 .

Die ECU 1071 besteht hauptsächlich aus einem allgemeinen Mikrocomputer und sie berechnet die Zeit und die Menge der Kraftstoffeinspritzung in Übereinstimmung mit einem Erfassungssignal wie beispielsweise ein Signal des Kurbelwinkels. Ein der Berechnung entsprechendes Steuersignal wird von der ECU 1071 in eine EDU 1072 ausgegeben, um das piezoelektrische Betätigungsglied 1006 (das in Fig. 5 gezeigt ist) anzutreiben, das an jeder Einspritzeinrichtung 1011 montiert ist. Als ein Ergebnis wird der Kraftstoff von der Einspritzeinrichtung 1011 eine vorbestimmte Zeitspanne lang eingespritzt. Die EDU 1072 umfasst einen DC-DC-Wandler, dessen Energieversorgung eine nicht gezeigte Batterie ist, und lädt den piezoelektrischen Stapel 1061 des piezoelektrischen Betätigungsgliedes 1006 derart elektrisch auf, dass der piezoelektrische Stapel 1061 mit einer vorbestimmten Menge an Elektrizität aufgeladen werden kann. Anders ausgedrückt kann der piezoelektrische Stapel 1061 mit Elektrizität aufgeladen werden, bis er eine vorbestimmte Aufladespannung erreicht. Gemäß dem Steuersignal wechselt die EDU 1072 zwischen einem Aufladen und einem Entladen.The ECU 1071 mainly consists of a general microcomputer and calculates the time and the amount of fuel injection in accordance with a detection signal such as a crank angle signal. A control signal corresponding to the calculation is output from the ECU 1071 into an EDU 1072 to drive the piezoelectric actuator 1006 (shown in FIG. 5) mounted on each injector 1011 . As a result, the fuel is injected from the injector 1011 for a predetermined period of time. The EDU 1072 includes a DC-DC converter whose power supply is a battery, not shown, and electrically charges the piezoelectric stack 1061 of the piezoelectric actuator 1006 such that the piezoelectric stack 1061 can be charged with a predetermined amount of electricity. In other words, the piezoelectric stack 1061 can be charged with electricity until it reaches a predetermined charging voltage. According to the control signal, the EDU 1072 alternates between charging and discharging.

Die ECU 1071 steuert den Kraftstoffdruck derart, dass er ein geeigneter Kraftstoffeinspritzdruck in Übereinstimmung mit den durch andere Sensoren erfassten Betriebszustand ist. Der Drucksensor 1073 ist in der Common Rail 1015 vorgesehen, um den Kraftstoffeinspritzdruck zu steuern. Auf der Grundlage des Drucks in der Common Rail steuert die ECU 1071 das Strömungsregelventil 1013 und stellt die zu der Common Rail 1015 gelieferte unter Druck stehende Kraftstoffmenge ein.The ECU 1071 controls the fuel pressure to be an appropriate fuel injection pressure in accordance with the operating state detected by other sensors. Pressure sensor 1073 is provided in common rail 1015 to control fuel injection pressure. Based on the pressure in the common rail, the ECU 1071 controls the flow control valve 1013 and adjusts the amount of fuel under pressure supplied to the common rail 1015 .

Die Einspritzeinrichtung 1011 ist ein stabförmiger Körper und der untere Abschnitt der Einspritzeinrichtung 1011 durchdringt eine (nicht gezeigte) Verbrennungskammerwand eines Motors und ragt in die Verbrennungskammer hinein. Das Gehäuse 1002 der Einspritzeinrichtung 1011 ist aus folgendem zusammengesetzt. Eine Vielzahl an im Wesentlichen säulenartig geformten oder scheibenartig geformten Gehäuseelementen 1021, 1022, 1023 und 1024 sind in der axialen Richtung aufgestapelt und zu einem Körper durch die hülsenförmige Halteeinrichtung 1025 einstückig gestaltet. Innerhalb des Gehäuses 1002 sind Räume ausgebildet, in denen der Kraftstoffkanal 1101 ausgebildet ist und die Nadel 1031 untergebracht ist.The injector 1011 is a rod-shaped body, and the lower portion of the injector 1011 penetrates a combustion chamber wall (not shown) of an engine and protrudes into the combustion chamber. The housing 1002 of the injector 1011 is composed of the following. A multiplicity of housing elements 1021 , 1022 , 1023 and 1024 which are essentially column-shaped or disk-shaped are stacked in the axial direction and are formed in one piece by the sleeve-shaped holding device 1025 . Spaces are formed within the housing 1002 , in which the fuel channel 1101 is formed and the needle 1031 is accommodated.

In dem langen und schlanken Gehäuseelement 1021, das ein Düsenkörper an der untersten Endseite des Gehäuses 2 ist, ist ein Führungsloch 1201 ausgebildet, dessen oberes Ende durch das Gehäuseelement 1022 geschlossen ist, das sich direkt oberhalb des Gehäuseelementes 1021 befindet. In dem Führungsloch 1201 ist die stabförmige Nadel 1031 gleitfähig gehalten. Die Nadel 1031 kann über einen Bereich verschoben werden, der durch eine Differenz zwischen der Länge der Nadel 1031 und der Länge des Führungsloches 1201 bestimmt ist. In der Nadel 1031 ist ein Langloch 1301 vorgesehen, das entlang der Achse der Nadel 1031 ausgebildet ist und zu einer unteren Endseite offen ist. An einem oberen Endabschnitt der Nadel 1031 ist ein seitliches Loch 1301 vorhanden, das das Langloch 1301 kreuzt. Beide Enden des seitlichen Loches 1302 sind zu den Seiten der Nadel 1031 offen. An dem Außenumfang der Nadel 1031 ist an der Öffnungsposition des seitlichen Loches 1302 ein ringartiger Kraftstoffreserveraum 1103 vorgesehen, der mit dem Hochdruckkanal 1101 über den Hochdruckabzweigungskanal 1102 in Verbindung steht. Mit Druck beaufschlagter Kraftstoff wird von der Common Rail 1015 in den Hochdruckkanal 1101 eingeleitet. Die Größe des Kraftstoffreserveraums 1103 in der vertikalen Richtung ist so bestimmt, dass das seitliche Loch 1302 und der Kraftstoffreserveraum 1103 miteinander in Verbindung stehen können, wenn die Nadel 1031 in dem vorstehend erwähnten Bereich versetzt ist. Demgemäß wird mit Druck beaufschlagter Kraftstoff von der Common Rail 1015 ständig zu dem Langloch 1301 der Nadel 1031 geliefert. Die Nadel 1031 sitzt auf einem Sitz an der Bodenseite 1201a des Führungslochs 1201. Wenn die Nadel 1031 an der Bodenseite 1201a des Führungsloches 1201 sitzt, ist das Langloch 1301 geschlossen.A guide hole 1201 is formed in the long and slender housing element 1021 , which is a nozzle body on the lowermost end side of the housing 2 , the upper end of which is closed by the housing element 1022 , which is located directly above the housing element 1021 . The rod-shaped needle 1031 is slidably held in the guide hole 1201 . The needle 1031 can be moved over a range determined by a difference between the length of the needle 1031 and the length of the guide hole 1201 . An elongated hole 1301 is provided in the needle 1031 , which is formed along the axis of the needle 1031 and is open to a lower end side. At an upper end portion of the needle 1031, there is a side hole 1301 that crosses the elongated hole 1301 . Both ends of the side hole 1302 are open to the sides of the needle 1031 . On the outer periphery of the needle 1031 , at the opening position of the side hole 1302, a ring-like fuel reserve space 1103 is provided, which is in communication with the high pressure passage 1101 via the high pressure branch passage 1102 . Pressurized fuel is introduced from common rail 1015 into high pressure duct 1101 . The size of the fuel reserve space 1103 in the vertical direction is determined so that the side hole 1302 and the fuel reserve space 1103 can communicate with each other when the needle 1031 is offset in the above-mentioned range. Accordingly, pressurized fuel is continuously supplied from the common rail 1015 to the elongated hole 1301 of the needle 1031 . The needle 1031 sits on a seat on the bottom side 1201 a of the guide hole 1201 . When the needle 1031 on the bottom side 1201 of the guide hole sits a 1201 the long hole 1301 is closed.

An einem unteren Endabschnitt des Gehäuseelementes 1021 sind Düsenlöcher 1104 und 1105 für ein Kraftstoffeinspritzen vorgesehen. Die Düsenlöcher 1104 und 1105 sind seitliche Löcher, die das Führungsloch 1201 kreuzen und zu der Seite 1021a offen sind, die eine Oberfläche des Gehäuseelementes 1021 ist. Es gibt zwei Arten an Düsenlöchern 1104 und 1105; die einen sind Düsenlöcher 1104 der niedrigeren Seite und die anderen sind Düsenlöcher 1105 der oberen Seite. Die Düsenlöcher 1104 der niedrigeren Seite und die Düsenlöcher 1105 der oberen Seite bilden jeweils Gruppen. In diesem Zusammenhang sind die Einspritzrichtungen der Düsenlöcher 1104 und 1105 so gestaltet, dass sie im Hinblick auf den Verbrennungszustand des eingespritzten Kraftstoffes am optimalsten sind.At a lower end portion of the case member 1021 , nozzle holes 1104 and 1105 are provided for fuel injection. The nozzle holes 1104 and 1105 are side holes that cross the guide hole 1201 and are open to the side 1021 a, which is a surface of the housing member 1021 . There are two types of nozzle holes 1104 and 1105 ; one is lower side nozzle hole 1104 and the other is upper side nozzle hole 1105 . The lower side nozzle holes 1104 and the upper side nozzle holes 1105 each form groups. In this connection, the injection directions of the nozzle holes 1104 and 1105 are designed so that they are most optimal with regard to the combustion state of the injected fuel.

Wie dies vorstehend beschrieben ist, kreuzen die Düsenlöcher 1104 und 1105 das Führungsloch 1201 und sind zu der Seite 1201b des Führungsloches 1201 offen. Die Öffnungspositionen der Düsenlöcher 1104 und 1105 sind derart bestimmt, dass die Öffnungspositionen sich höher als die Bodenseite 1201a des Führungsloches 1201 und niedriger als die Position befinden, die so hoch wie der Bereich ist, in dem die Nadel 1031 verschoben werden kann.As described above, the nozzle holes 1104 and 1105 cross the guide hole 1201 and are open to the side 1201b of the guide hole 1201 . The opening positions of the nozzle holes 1104 and 1105 are determined such that the opening positions and are located higher than the bottom side 1201 a of the guide hole 1201 is lower than the position which is as high as the range in which the needle can be moved 1031st

Demgemäß werden, wenn sich die Nadel 1031 an der untersten Position befindet, die Düsenlöcher 1104 der unteren Seite, die als die Düsenlöcher der ersten Art bezeichnet sind, und die Düsenlöcher 1105 der oberen Seite, die als die Düsenlöcher der zweiten Art bezeichnet sind, durch die Nadel 1031 geschlossen. Wenn die Nadel 1031 in diesem geschlossenen Zustand nach oben verschoben wird, werden zunächst die Düsenlöcher 1104 der ersten Art an der unteren Seite geöffnet. Wenn die Nadel 1031 weiter nach oben verschoben wird, werden die Düsenlöcher 1105 der zweiten Art an der oberen Seite ebenfalls geöffnet. Die Definitionen der ersten Verschiebung und der zweiten Verschiebung sind wie folgt dargelegt. Wenn die Nadel 1031 sich an der untersten Position befindet, ist die Verschiebung Null. Die Verschiebung, bei der die Düsenlöcher 1104 der ersten Art geöffnet werden, ist als die erste Verschiebung definiert, und die Verschiebung, bei der die Düsenlöcher 1105 der zweiten Art geöffnet werden, ist als die zweite Verschiebung definiert.Accordingly, when the needle 1031 is at the lowermost position, the lower side nozzle holes 1104 referred to as the first type nozzle holes and the upper side nozzle holes 1105 referred to as the second type nozzle holes are made through needle 1031 closed. When the needle 1031 is moved upwards in this closed state, the nozzle holes 1104 of the first type on the lower side are first opened. When the needle 1031 is further pushed up, the nozzle holes 1105 of the second type on the upper side are also opened. The definitions of the first shift and the second shift are set out as follows. When the needle 1031 is at the lowest position, the displacement is zero. The shift at which the nozzle holes 1104 of the first type are opened is defined as the first shift, and the shift at which the nozzle holes 1105 of the second type are opened is defined as the second shift.

Der aus dem Langloch 1301 der Nadel herausströmende unter hohem Druck stehende Kraftstoff wird zu einem Bodenabschnitt des Führungsloches 1201 geliefert, der niedriger als die Nadel 1031 ist. Daher wird, wenn die Nadel 1031 die erste Verschiebung überschreitet, Kraftstoff von den Düsenlöchern 1104 der ersten Art eingespritzt. Wenn die Nadel 1031 die zweite Verschiebung überschreitet, wird Kraftstoff von den Düsenlöchern 1105 der zweiten Art zusätzlich zu den Düsenlöchern 1104 der ersten Art eingespritzt.The high pressure fuel flowing out of the elongated hole 1301 of the needle is supplied to a bottom portion of the guide hole 1201 that is lower than the needle 1031 . Therefore, when the needle 1031 exceeds the first displacement, fuel is injected from the nozzle holes 1104 of the first type. When the needle 1031 exceeds the second displacement, fuel is injected from the nozzle holes 1105 of the second type in addition to the nozzle holes 1104 of the first type.

Da der unter hohem Druck stehende Kraftstoff von der Common Rail 1015 zu dem Langloch 1301 der Nadel 1031 konstant geliefert wird, wird die Nadel 1031 durch den in dem Langloch 1301 und in dem Bodenabschnitt des Führungsloches 1201 vorhandenen Kraftstoff konstant nach oben gedrückt.Since the fuel under high pressure is constantly supplied from the common rail 1015 to the elongated hole 1301 of the needle 1031 , the needle 1031 is constantly pushed up by the fuel present in the elongated hole 1301 and in the bottom portion of the guide hole 1201 .

In dem Führungsloch 1201 ist eine Schraubenfeder 1051 an einer oberen Position der Nadel 1031 so vorgesehen, dass die Nadel 1031 durch die Schraubenfeder 1051 nach unten gedrückt wird. Das Führungsloch 1201 an einem oberen Abschnitt der Nadel 1031 ist als eine Gegendruckkammer 1106 ausgebildet, in die unter hohem Druck stehender Kraftstoff von dem Hochdruckkanal 1101 über die Eingangsblende 1107 konstant eingeleitet wird. Der Druck des in der Gegendruckkammer 1106 befindlichen Kraftstoffes wirkt an einer oberen Endseite der Nadel 1031 und drückt die Nadel 1031 nach unten.In the guide hole 1201 , a coil spring 1051 is provided at an upper position of the needle 1031 so that the needle 1031 is pressed down by the coil spring 1051 . The guide hole 1201 on an upper section of the needle 1031 is designed as a counter pressure chamber 1106 , into which fuel under high pressure is constantly introduced from the high pressure channel 1101 via the inlet orifice 1107 . The pressure of the fuel in the back pressure chamber 1106 acts on an upper end side of the needle 1031 and pushes the needle 1031 down.

Der Druck des in der Gegendruckkammer 1106 befindlichen Kraftstoffes kann durch die Antriebseinrichtung 1111a frei geändert werden. Wenn die Antriebseinrichtung 1111a zwischen einem Zustand, bei dem eine nach unten gerichtete an der Nadel 1031 wirkende Kraft größer als eine nach oben wirkende Drückkraft ist, und einem Zustand, bei dem eine nach unten gerichtet auf die Nadel 1031 wirkende Drückkraft geringer als eine nach oben gerichtete Drückkraft ist, wechselt, kann die Antriebsrichtung der Nadel 1031 geändert werden.The pressure of the fuel in the back pressure chamber 1106 can be freely changed by the drive device 1111 a. If the drive device 1111 a between a state in which a downward force acting on the needle 1031 is greater than an upward pushing force and a state in which a downward pushing force on the needle 1031 is less than one after pushing force directed upward changes, the driving direction of the needle 1031 can be changed.

Die Antriebseinrichtung 1011a ist nachstehend erläutert. Die Gegendruckkammer 1106 steht mit der Ventilkammer 1109 über die Ausgangsblende 1108 in Verbindung und die mit der Niedrigdruckkammer 1111 in Verbindung stehende Niedrigdrucköffnung 1110 ist zu dem obersten Abschnitt einer becherförmigen Abdeckseite der Ventilkammer 1109 offen. Die Niedrigdruckkammer 1111 steht mit der Ablaufleitung 1017 über einen nicht gezeigten in der Einspritzeinrichtung 1011 ausgebildeten Niedrigdruckkanal in Verbindung. Eine mit dem Hochdruckkanal 1101 in Verbindung stehende Hochdrucköffnung 1112 ist an einer Position offen, die sich an einer Bodenseite der Ventilkammer 1109 und direkt unterhalb der Niedrigdrucköffnung 1110 befindet.The drive device 1011 a is explained below. The back pressure chamber 1106 communicates with the valve chamber 1109 via the outlet orifice 1108 and the low pressure opening 1110 communicating with the low pressure chamber 1111 is open to the uppermost portion of a cup-shaped cover side of the valve chamber 1109 . The low-pressure chamber 1111 is connected to the drain line 1017 via a low-pressure channel (not shown) formed in the injector 1011 . A high pressure port 1112 communicating with the high pressure passage 1101 is open at a position located on a bottom side of the valve chamber 1109 and directly below the low pressure port 1110 .

In der Ventilkammer 1109 ist ein Steuerventil 1032 vorgesehen. Das Steuerventil 1032 ist napfförmig, wobei seine untere Seite horizontal abgetrennt ist. Wenn das Steuerventil 1032 nach oben verschoben wird, sitzt es an dem ringartigen Sitz 1109a, der nachstehend als ein Niedrigdrucksitz bezeichnet ist, an dem Öffnungsaußenumfangsabschnitt der Niedrigdrucköffnung 1110, so dass die Niedrigdrucköffnung 1110 geschlossen ist. Wenn das Steuerventil 1032 nach unten verschoben wird, sitzt es an dem ringartigen Sitz 1109b, der nachstehend als ein Hochdrucksitz bezeichnet ist, an dem Öffnungsaußenumfangsabschnitt der Hochdrucköffnung 1112, so dass die Hochdrucköffnung 1112 geschlossen ist. Demgemäß wird, wenn das Steuerventil 1032 die Niedrigdrucköffnung 1110 schließt, verhindert, dass Kraftstoff von der Gegendruckkammer 1106 abgegeben wird und der Druck in der Gegendruckkammer 1106 auf eine hohe Höhe ansteigt. In diesem Fall kann, wenn die Schraubenfeder 1051 oder dergleichen so eingestellt ist, dass die nach unten gerichtete auf die Nadel 1031 wirkende Drückkraft höher als die nach oben gerichtete Drückkraft ist, die Nadel 1031 nach unten zu der niedrigsten Position angetrieben werden.A control valve 1032 is provided in the valve chamber 1109 . The control valve 1032 is cup-shaped, with its lower side being separated horizontally. When the control valve 1032 is shifted upward, it sits on the ring-like seat 1109 a, hereinafter referred to as a low pressure seat, on the opening outer peripheral portion of the low pressure port 1110 so that the low pressure port 1110 is closed. When the control valve 1032 is shifted downward, it sits on the ring-like seat 1109b , hereinafter referred to as a high pressure seat, on the opening outer peripheral portion of the high pressure opening 1112 so that the high pressure opening 1112 is closed. Accordingly, when the control valve 1032 closes the low pressure port 1110 , fuel is prevented from being discharged from the back pressure chamber 1106 and the pressure in the back pressure chamber 1106 rises to a high level. In this case, when the coil spring 1051 or the like is set so that the downward pushing force acting on the needle 1031 is higher than the upward pushing force, the needle 1031 can be driven down to the lowest position.

Wenn in diesem Zustand das Steuerventil 1032 von dem Niedrigdrucksitz 1109a angehoben wird und die Hochdrucköffnung 1112 schließt, wird der Kraftstoff von der Gegendruckkammer 1106 in den Kraftstoffbehälter 1012 über die Niedrigdrucköffnung 1110 zurück. Aufgrund dessen wird der Druck des Kraftstoffes in der Gegendruckkammer 1106 auf einen Wert vermindert, der durch den Querschnitt des Kanals der Eingangsblende 1107 oder der Ausgangsblende 1108 bestimmt wird. Wenn in diesem Fall der Querschnitt des Kanals oder dergleichen so eingestellt ist, dass die nach unten gerichtete an der Nadel 1031 wirkende Drückkraft geringer als die nach oben gerichtete an der Nadel 1031 wirkende Drückkraft ist, wird die Antriebsrichtung der Nadel 1031 nach oben gerichtet und die Nadel 1031 wird nach oben verschoben. Wenn dieser Zustand aufrechterhalten bleibt, wird die Nadel 1031 um die maximale Verschiebung angehoben und erreicht die höchste Position, an der die Nadel 1031 mit der Abdeckseite der Gegendruckkammer 1106 in Kontakt gelangt.In this state, if the control valve 1032 is raised from the low-pressure seat 1109 a and the high-pressure opening 1112 closes, the fuel is returned from the counter-pressure chamber 1106 into the fuel tank 1012 via the low-pressure opening 1110 . Due to this, the pressure of the fuel in the back pressure chamber 1106 is reduced to a value which is determined by the cross section of the channel of the inlet orifice 1107 or the outlet orifice 1108 . In this case, if the cross section of the channel or the like is set so that the downward pushing force acting on the needle 1031 is less than the upward pushing force acting on the needle 1031 , the driving direction of the needle 1031 is directed upward and the Needle 1031 is moved up. If this condition is maintained, the needle 1031 is raised by the maximum displacement and reaches the highest position at which the needle 1031 comes into contact with the cover side of the back pressure chamber 1106 .

Wenn andererseits in dem Zustand, in dem die Nadel 1031 angehoben ist, das Steuerventil 1032 erneut von dem Hochdrucksitz 1112 angehoben wird und die Niedrigdrucköffnung 1110 schließt, wird verhindert, dass der Kraftstoff von der Gegendruckkammer 1106 abgegeben wird und der Kraftstoff strömt von dem Hochdruckkanal 1101 in die Gegendruckkammer 1106 über die Hochdrucköffnung 1112, die Ventilkammer 1109 und die Ausgangsblende 1108. Als ein Ergebnis kehrt der Druck des in der Gegendruckkammer 1106 befindlichen Kraftstoffes auf die ursprüngliche Hochdruckhöhe zurück. Aufgrund dessen wird die Antriebsrichtung des Nadelventils 1031 nach unten verändert, so dass die Nadel 1031 mit der nach unten gerichteten Verschiebung beginnt. Wenn dieser Zustand aufrecht erhalten bleibt, erreicht die Nadel 1031 die niedrigste Position, an der die Nadel 1031 an der Bodenseite 1201a des Führungslochs 1201 sitzt.On the other hand, when the control valve 1032 is raised again from the high pressure seat 1112 and the low pressure port 1110 closes in the state where the needle 1031 is raised, the fuel is prevented from being discharged from the back pressure chamber 1106 and the fuel flows from the high pressure passage 1101 into the back pressure chamber 1106 via the high pressure opening 1112 , the valve chamber 1109 and the outlet orifice 1108 . As a result, the pressure of the fuel in the back pressure chamber 1106 returns to the original high pressure level. Because of this, the drive direction of the needle valve 1031 is changed downward, so that the needle 1031 begins the downward displacement. If this state is maintained, 1031 reaches the needle, the lowest position at which the needle 1031 a of the guide hole 1201 is located on the bottom side 1,201th

In diesem Zusammenhang werden, wenn die Nadel 1031 nach oben verschoben wird, die Düsenlöcher 1104 und 1105 geöffnet und Kraftstoff wird eingespritzt. Dieser Vorgang ist nachstehend detailliert erläutert. In this connection, when the needle 1031 is pushed up, the nozzle holes 1104 and 1105 are opened and fuel is injected. This process is explained in detail below.

Das Steuerventil 1032 wird wie folgt angetrieben. Oberhalb der Niedrigdruckkammer 1111 sind Langlöcher 1202 und 1203 ausgebildet, die mit der Niedrigdruckkammer 1111 in Verbindung stehen. Das Langloch 1202 mit dem kleinen Durchmesser an der Seite der Niedrigdruckkammer 1111 dient als ein Zylinder 1202 mit kleinem Durchmesser für ein gleitfähiges Halten des Kolbens 1041 mit dem kleinen Durchmesser. Das Langloch 1203 mit dem großen Durchmesser dient als ein Zylinder 1203 mit großem Durchmesser für ein gleitfähiges Halten des Kolbens 1042 mit großem Durchmesser. Der Kraftstoff wird in die Räume in beiden Zylindern 1202 und 1203 geladen, die durch beide Kolben 1041 und 1042 definiert sind und die Hydraulikkammer 1113 ist durch den Raum definiert. Wenn der Koben 1042 mit dem großen Durchmesser nach unten verschoben wird, wird der Kraftstoff in der Hydraulikkammer 1113 verdichtet, und der Kolben 1041 mit dem kleinen Durchmesser wird durch den Druck des Kraftstoffes gedrückt und nach unten geschoben. Zu diesem Zeitpunkt ist die Verschiebung des Kolbens 1041 mit dem kleinen Durchmesser ein Wert, der erhalten wird, wenn die Verschiebung des Kolbens 1042 mit dem großen Durchmesser aufgrund des Durchmesserunterschiedes des Kolbens 1041 gegenüber dem Kolben 1042 erweitert ist.The control valve 1032 is driven as follows. Elongated holes 1202 and 1203 are formed above the low pressure chamber 1111 and are connected to the low pressure chamber 1111 . The small diameter elongated hole 1202 on the low pressure chamber 1111 side serves as a small diameter cylinder 1202 for slidably holding the small diameter piston 1041 . The large diameter elongated hole 1203 serves as a large diameter cylinder 1203 for slidably holding the large diameter piston 1042 . The fuel is loaded into the spaces in both cylinders 1202 and 1203 , which are defined by both pistons 1041 and 1042 , and the hydraulic chamber 1113 is defined by the space. When the large-diameter piston 1042 is shifted downward, the fuel in the hydraulic chamber 1113 is compressed, and the small-diameter piston 1041 is pushed and pushed down by the pressure of the fuel. At this time, the displacement of the piston 1041 with the small diameter, a value obtained when the displacement of the piston is extended in 1042 with the large diameter due to the difference in diameter of the piston 1041 relative to the piston 1042nd

Der dünne untere Endabschnitt 1411 des Kolbens 1041 mit dem kleinen Durchmesser ragt von der Niedrigdruckkammer 1111 in die Ventilkammer 1109 über die Niedrigdrucköffnung 1110 vor. Als ein Ergebnis ist es möglich, dass der dünne untere Endabschnitt 1411 des Kolbens 1041 mit dem kleinen Durchmesser mit dem Steuerventil 1032 in Kontakt gelangt. Aufgrund des vorstehend beschriebenen Aufbaus wird das Steuerventil 1032 durch eine Drückkraft des Kolbens 1041 mit dem kleinen Durchmesser nach unten verschoben.The thin lower end portion 1411 of the small diameter piston 1041 protrudes from the low pressure chamber 1111 into the valve chamber 1109 via the low pressure port 1110 . As a result, it is possible that the thin lower end portion 1411 of the small-diameter piston 1041 comes into contact with the control valve 1032 . Due to the structure described above, the control valve 1032 is shifted downward by a pressing force of the piston 1041 with the small diameter.

Die Drückkraft des Kolbens 1041 mit dem kleinen Durchmesser wird wie folgt erzeugt. Oberhalb des Zylinders 1203 mit dem großen Durchmesser ist eine Kammer 1204 zum Unterbringen des piezoelektrischen Betätigungsgliedes 1006 vorgesehen. Das piezoelektrische Betätigungsglied 1006 ist mit einem piezoelektrischen Stapel 1061 versehen, in dem eine piezoelektrische keramische Lage wie beispielsweise PZT und eine Elektrodenlage abwechselnd aufeinander geschichtet sind. Die Schichtrichtung des piezoelektrischen Stapels 1061 ist vertikal und der piezoelektrische Stapel 1061 ist in dem obersten Abschnitt der Kammer 1204 zum Unterbringen des piezoelektrischen Betätigungsgliedes 1006 untergebracht. Wenn das Aufladen oder Entladen bei dem piezoelektrischen Stapel 1061 durch die EDU 1072 ausgeführt wird, verlängert sich der piezoelektrische Stapel 1061 oder zieht er sich zusammen. Ein unterer Abschnitt des Zylindergehäuses 1062 des piezoelektrischen Stapels 1061 besteht aus einem Balg 1621, wobei dessen unterer Endabschnitt durch ein Plattenelement 1063 geschlossen ist. Zwischen dem piezoelektrischen Stapel 1061 und dem Plattenelement 1063 ist eine Stange 1064 vorgesehen, die in den Balg 1621 eingeführt ist. Die Stange 1064 gelangt mit dem piezoelektrischen Stapel 1061 und dem Plattenelement 1063 in Kontakt.The pressing force of the small-diameter piston 1041 is generated as follows. A chamber 1204 for accommodating the piezoelectric actuator 1006 is provided above the large diameter cylinder 1203 . The piezoelectric actuator 1006 is provided with a piezoelectric stack 1061 in which a piezoelectric ceramic layer such as PZT and an electrode layer are alternately stacked on top of one another. The layer direction of the piezoelectric stack 1061 is vertical and the piezoelectric stack 1061 is housed in the uppermost portion of the chamber 1204 for housing the piezoelectric actuator 1006 . When charging or discharging is performed on the piezoelectric stack 1061 by the EDU 1072 , the piezoelectric stack 1061 lengthens or contracts. A lower section of the cylinder housing 1062 of the piezoelectric stack 1061 consists of a bellows 1621 , the lower end section of which is closed by a plate element 1063 . A rod 1064 is provided between the piezoelectric stack 1061 and the plate element 1063 , which is inserted into the bellows 1621 . The rod 1064 comes into contact with the piezoelectric stack 1061 and the plate member 1063 .

Andererseits steht in der Kammer zum Unterbringen des Betätigungsgliedes der Wellenabschnitt 1422 mit dem kleinen Durchmesser, der ein Hälftenabschnitt an der oberen Seite von dem Kolben 1042 mit dem großen Durchmesser ist, dessen Durchmesser kleiner als jener des Gleitabschnittes 1421 ist, vor und steht dem Plattenelement 1063 gegenüber. Zwischen dem Federaufnehmer 1043, der an einem oberen Endabschnitt des Kolbenwellenabschnittes 1422 mit dem großen Durchmesser befestigt ist, und der Bodenseite der Kammer 1204 zum Unterbringen des Betätigungsgliedes ist eine Schraubenfeder 1052 vorgesehen, die den Kolben 1042 mit dem großen Durchmesser ständig nach oben drückt, so dass der Kolben 1042 mit dem großen Durchmesser und das Plattenelement 1063 stets miteinander in Kontakt stehen. Aufgrund des vorstehend beschriebenen Aufbaus wird der Betrag der Ausdehnung und der Zusammenziehung des piezoelektrischen Stabes 1061 in eine Verschiebung des piezoelektrischen Stabes 1061 als solche umgewandelt. On the other hand, in the chamber for housing the actuator, the small-diameter shaft portion 1422 , which is a half portion on the upper side of the large-diameter piston 1042 whose diameter is smaller than that of the sliding portion 1421 , protrudes and the plate member 1063 across from. Between the spring retainer 1043 , which is fixed to an upper end portion of the large diameter piston shaft portion 1422 , and the bottom side of the chamber 1204 for accommodating the actuator, there is provided a coil spring 1052 which constantly pushes the large diameter piston 1042 upward, so that the large diameter piston 1042 and the plate member 1063 are always in contact with each other. Due to the structure described above, the amount of expansion and contraction of the piezoelectric rod 1061 is converted into a displacement of the piezoelectric rod 1061 as such.

Demgemäß wird, wenn der piezoelektrische Stab 1061 durch das elektrische Aufladen ausgedehnt wird und der Kolben 1042 mit dem großen Durchmesser nach unten gedrückt wird, der Kolben 1041 mit dem kleinen Durchmesser ebenfalls nach unten über die hydraulische Kammer 1013 gedrückt. Demgemäß wird das Steuerventil 1032 von den Niedrigdrucksitz 1109a angehoben und wird auf den Hochdrucksitz 1109b gesetzt. Aufgrund dessen wird die Antriebsrichtung der Nadel 1031 nach oben gerichtet, wie dies vorstehend beschrieben ist. Andererseits wird, wenn der piezoelektrische Stabe 1061 elektrisch entladen wird und sich zusammenzieht und der Kolben 1042 mit dem großen Durchmesser nach oben gedrückt wird, die nach unten gerichtete auf den Kolben 1041 mit dem kleinen Durchmesser wirkende Drückkraft freigegeben, und das Steuerventil 1032 wird von dem Hochdrucksitz 1109b durch eine nach oben gerichtete Kraft angehoben, die durch den Druck des Kraftstoffs von der Hochdrucköffnung 1112 erzeugt wird. Daher wird das Steuerventil 1032 auf den Niedrigdrucksitz 1109a gesetzt. Aufgrund dessen wird die Nadel 1031 nach unten angetrieben, wie dies vorstehend beschrieben ist.Accordingly, when the piezoelectric rod 1061 is expanded by the electric charge and the large-diameter piston 1042 is pushed down, the small-diameter piston 1041 is also pressed down over the hydraulic chamber 1013 . Accordingly, the control valve 1032 is raised from the low pressure seat 1109 a and is placed on the high pressure seat 1109 b. Due to this, the driving direction of the needle 1031 is directed upward as described above. On the other hand, when the piezoelectric rod 1061 is electrically discharged and contracts and the large-diameter piston 1042 is pushed up, the downward pushing force acting on the small-diameter piston 1041 is released, and the control valve 1032 is released from it High pressure seat 1109 b raised by an upward force generated by the pressure of the fuel from the high pressure port 1112 . Therefore, the control valve 1032 is placed on the low pressure seat 1109 a. Because of this, the needle 1031 is driven downward as described above.

Die ECU 1071, die eine Steuereinrichtung ist, bestimmt die Art der Kraftstoffeinsprit 14013 00070 552 001000280000000200012000285911390200040 0002010157886 00004 13894zung in Übereinstimmung mit der Motordrehzahl, dem Öffnungsgrad des Gaspedals und dem Druck in der Common rail. Auf der Grundlage der Art der Kraftstoffeinspritzung gibt die ECU 1071 ein Steuersignal zu der EDU 1072 aus. Die Art der Kraftstoffeinspritzung umfasst die Kraftstoffeinspritzmenge und die Kraftstoffeinspritzzeit in der gleichen Weise wie bei dem herkömmliche Kraftstoffeinspritzen. Des Weiteren umfasst die Art der Kraftstoffeinspritzung den Modus und die Frequenz der Kraftstoffeinspritzung, die Besonderheiten in bezug auf die vorliegende Kraftstoffeinspritzeinheit darstellen. Es gibt zwei Arten an Einspritzmodi. Ein Modus ist eine Einspritzung bei einer geringen Rate und der andere Modus ist eine Einspritzung bei einer hohen Rate. Der Modus der geringen Einspritzrate wird dann gewählt, wenn aus der Motordrehzahl und dem Öffnungsgrad des Gaspedals beurteilt wird, dass der Motorbetrieb in einem Leichtlastbereich ausgeführt wird, und der Motor einer hohen Einspritzrate wird in anderen Fällen gewählt. Ob der Motorbetrieb in einem Leichtlastbereich ausgeführt wird oder nicht, wird in Übereinstimmung mit einer Tabelle beurteilt, die zuvor in einem ROM gespeichert worden ist, indem die Motordrehzahl und der Öffnungsgrad des Gaspedals eingegeben werden.The ECU 1071 , which is a control device, determines the type of fuel injection 14013 00070 552 001000280000000200012000285911390200040 0002010157886 00004 13894zung in accordance with the engine speed, the accelerator opening degree and the pressure in the common rail. Based on the type of fuel injection, the ECU 1071 outputs a control signal to the EDU 1072 . The type of fuel injection includes the fuel injection amount and the fuel injection time in the same manner as in the conventional fuel injection. Furthermore, the type of fuel injection includes the mode and frequency of the fuel injection, which are special features in relation to the present fuel injection unit. There are two types of injection modes. One mode is a low rate injection and the other mode is a high rate injection. The low injection rate mode is selected when it is judged from the engine speed and the accelerator opening degree that the engine operation is performed in a light load range, and the high injection rate engine is selected in other cases. Whether or not the engine operation is carried out in a light load range is judged in accordance with a table previously stored in a ROM by inputting the engine speed and the accelerator opening degree.

Fig. 8 zeigt ein Zeitablaufdiagramm einer Beziehung zwischen dem Steuersignal, das von der ECU 1071 zu der EDU 1072 ausgegeben wird, und dem Hub der Nadel 1031. Die erste Hälfte zeigt einen Fall, bei dem der Modus einer geringen Einspritzrate gewählt worden ist, und die zweite Hälfte zeigt einen Fall, bei dem der Modus einer hohen Einspritzrate gewählt worden ist. Wenn die EDU 1072 ein Steuersignal empfängt, wird der piezoelektrische Stapel 1061 bei Zunahme der Elektrizität aufgeladen und wird der piezoelektrische Stapel 1061 bei der Abnahme der Elektrizität entladen. Demgemäß wird der Kraftstoff in Übereinstimmung mit der Periode der Ausgabe von diesem Steuersignal eingespritzt, das heißt die Periode der Ausgabe entspricht einer Kraftstoffeinspritzmenge. Fig. 8 is a timing chart showing a relationship between the control signal outputted from the ECU to the EDU 1071 1072, and the stroke of the needle 1031st The first half shows a case in which the low injection rate mode has been selected, and the second half shows a case in which the high injection rate mode has been selected. When the EDU 1072 receives a control signal, the piezoelectric stack 1061 is charged when the electricity increases and the piezoelectric stack 1061 is discharged when the electricity decreases. Accordingly, the fuel is injected in accordance with the period of the output from this control signal, that is, the period of the output corresponds to a fuel injection amount.

Bei dem Modus einer geringen Einspritzrate wird ein Impuls auf das Steuersignal einmal oder häufig ausgegeben. Die ECU 1071 berechnet die erforderliche Einspritzmenge in Übereinstimmung mit der Motordrehzahl und dem Öffnungsgrad des Gaspedals. Gleichzeitig berechnet die ECU 1071 eine Frequenz N der Einspritzung, die eine Frequenz der Ausgabe des Steuersignals ist.In the low injection rate mode, a pulse on the control signal is output once or frequently. The ECU 1071 calculates the required injection amount in accordance with the engine speed and the accelerator opening degree. At the same time, the ECU 1071 calculates a frequency N of the injection, which is a frequency of the output of the control signal.

Wenn die Höhe des Steuersignals zunimmt, wird der piezoelektrische Stapel 1061 mit Elektrizität aufgeladen, wie dies vorstehend beschrieben ist, und die Nadel 1031 wird nach oben angetrieben. Somit wird die Nadel 1031 von dem Sitz 1201a angehoben und die Düsenlöcher 1104 der ersten Art werden geöffnet. Durch den vorstehend beschriebenen Vorgang wird das Kraftstoffeinspritzen gestartet.As the level of the control signal increases, the piezoelectric stack 1061 is charged with electricity as described above and the needle 1031 is driven upward. Thus, the needle 1031 is raised from the seat 1201 a and the nozzle holes 1104 of the first type are opened. The fuel injection is started by the above-described operation.

In diesem Fall wird die Zeitspanne des Steuersignals bei einem Wert eingestellt, bei dem das Steuersignal abfällt, bevor die Verschiebung der Nadel 1031 die zweite Verschiebung erreicht, die die Düsenlöcher 1105 der zweiten Art öffnet. Aufgrund dessen wird die Antriebsrichtung der Nadel 1031 umgekehrt, das heißt die Nadel 1031 wird nach unten angetrieben. Daher werden die Düsenlöcher 1105 der zweiten Art nicht geöffnet. Da die Düsenlöcher 1105 der zweiten Art nicht geöffnet werden, ist die Öffnungsfläche relativ kleiner als die Öffnungsfläche in dem Fall, bei dem sowohl die Düsenlöcher der ersten als auch der zweiten Art 1105 geöffnet sind. Daher wird im Vergleich zu einem Fall, bei dem der Kraftstoff aus sowohl den Düsenlöchern 1104 der ersten Art als auch den Düsenlöchern 1105 der zweiten Art eingespritzt wird, das Zersträuben des Kraftstoffes erleichtert.In this case, the time period of the control signal is set at a value at which the control signal drops before the displacement of the needle 1031 reaches the second displacement that opens the nozzle holes 1105 of the second type. Because of this, the drive direction of the needle 1031 is reversed, that is, the needle 1031 is driven downward. Therefore, the nozzle holes 1105 of the second type are not opened. Since the nozzle holes 1105 of the second type are not opened, the opening area is relatively smaller than the opening area in the case where both the nozzle holes of the first and the second type 1105 are opened. Therefore, compared to a case where the fuel is injected from both the nozzle holes 1104 of the first type and the nozzle holes 1105 of the second type, atomization of the fuel is facilitated.

In diesem Zusammenhang wird, wenn die Zeitspanne des Steuersignals eingestellt wird, die Trägheit der Nadel 1031 und die Verzögerung des Ansprechens von jeder Komponente in Bezug auf das Abfallen des Steuersignals natürlich berücksichtigt. Die Zeitspanne des Steuersignals pro Zeiteinheit kann zu einem festen Wert gestaltet werden. Jedoch ist es möglich, diese Variable in Übereinstimmung mit dem Betriebszustand zu gestalten, wie beispielsweise mit dem Druck in der Common rail.In this connection, when the period of the control signal is adjusted, the inertia of the needle 1031 and the delay in the response of each component with respect to the fall of the control signal are naturally taken into account. The time period of the control signal per unit time can be designed to a fixed value. However, it is possible to design this variable in accordance with the operating condition, such as the pressure in the common rail.

Wie dies vorstehend beschrieben ist, wird bei dem Modus der niedrigen Einspritzrate das Kraftstoffeinspritzen derart ausgeführt, dass die Kraftstoffeinspritzrate gering ist und der Kraftstoff fein zerstäubt wird.As described above, in the mode of low injection rate such fuel injection stated that the fuel injection rate is low and the Fuel is atomized finely.

Danach werden gemäß der erforderlichen Einspritzmenge Q das zweite Steuersignal, das dritte Steuersignal, . . . ausgegeben, so dass die erforderliche Einspritzmenge Q sichergestellt ist. Demgemäß wird in der ECU 1071 die Einspritzfrequenz N bestimmt, wenn die erforderliche Einspritzmenge Q durch die Einspritzmenge q geteilt wird, die die gemäß dem Steuersignal pro Zeiteinheit eingespritzte Kraftstoffmenge ist.Then, according to the required injection quantity Q, the second control signal, the third control signal,. , , is output so that the required injection quantity Q is ensured. Accordingly, in the ECU 1071, the injection frequency N is determined when the required injection amount Q is divided by the injection amount q, which is the amount of fuel injected per unit time according to the control signal.

Die Zeitspanne, in der das Kraftstoffeinspritzen lediglich durch die Düsenlöcher 1104 der ersten Art entsprechend der Steuerung eines Signals für einen Zeitpunkt ausgeführt wird, hängt von der Zeitspanne von der ersten Verschiebung, bei der die Düsenlöcher 1104 der ersten Art geöffnet werden, bis zu der zweiten Verschiebung ab, bei der die Düsenlöcher 1105 der zweiten Art geöffnet werden. Diese Zeitspanne wird durch den Intervall zwischen der Öffnungsposition der Düsenlöcher 1104 der ersten Art an der Seite 1205b der Führungslöcher und der Öffnungsposition der Düsenlöcher 1105 der zweiten Art an der Seite 1205b der Führungslöcher bestimmt und außerdem durch die Geschwindigkeit der Verschiebung der Nadel 1031 bestimmt. Daher wird der Abstand zwischen dem Düsenloch 1104 und dem Düsenloch 1105 so bestimmt, dass die erforderliche Kraftstoffmenge q, die gemäß dem Steuersignal pro Zeit eingespritzt wird, sichergestellt ist.The time period in which the fuel injection is carried out only through the nozzle holes 1104 of the first type in accordance with the control of a signal for one time depends on the time period from the first shift in which the nozzle holes 1104 of the first type are opened to the second Displacement from which the nozzle holes 1105 of the second type are opened. This time period is determined by the interval between the opening position of the nozzle holes 1104 of the first type on the side 1205 b of the guide holes and the opening position of the nozzle holes 1105 of the second type on the side 1205 b of the guide holes, and also determined by the speed of the displacement of the needle 1031 , Therefore, the distance between the nozzle hole 1104 and the nozzle hole 1105 is determined so that the required amount of fuel q that is injected per time according to the control signal is ensured.

Wenn das Steuersignal abfällt, wird die Antriebsrichtung in Bezug auf die Nadel 1031 nach unten verändert. Wenn die Ausgabezeit des nächsten Steuersignals, durch das die Antriebsrichtung umgekehrt wird, auf einen Zeitpunkt eingestellt wird, vor dem die Nadel 1031 zu einer Position unter der ersten Verschiebung gelangt, das heißt wenn die Ausgabezeit des nächsten Steuersignals, durch das die Antriebsrichtung umgekehrt wird, bei einem Zeitpunkt eingestellt wird, vor dem die Nadel 1031 in einen vollständig geschlossenen Zustand zurückkehrt, dann kann, selbst wenn das Steuersignal wie ein Puls ausgegeben wird, das Kraftstoffeinspritzen an sich kontinuierlich in der gleichen Weise wie bei einer Kraftstoffeinspritzeinheit ausgeführt werden, bei der eine niedrige Einspritzrate durch ein Halten der Nadel bei einem Halbhubzustand verwirklicht wird. Natürlich kann eine unterbrochene Kraftstoffeinspritzung gemäß einer impulsartigen Ausgabe des Steuersignals ausgeführt werden.When the control signal drops, the drive direction is changed downward with respect to the needle 1031 . If the output time of the next control signal, by which the drive direction is reversed, is set to a point in time before which the needle 1031 reaches a position under the first shift, that is, if the output time of the next control signal, by which the drive direction is reversed, is set at a point in time before the needle 1031 returns to a fully closed state, even if the control signal is output as a pulse, the fuel injection itself can be carried out continuously in the same manner as in a fuel injection unit in which one low injection rate is realized by holding the needle in a half stroke state. Of course, an interrupted fuel injection can be carried out according to a pulse-like output of the control signal.

Wenn andererseits der Modus einer geringen Einspritzrate gewählt wird, wird das Steuersignal eine ausreichend lange Zeitspanne lang in Übereinstimmung mit der erforderlichen Kraftstoffeinspritzmenge ausgegeben, und die Nadel 1031 erreicht die maximale Verschiebung. Aufgrund dessen werden sowohl die Düsenlöcher der ersten Art 1104 als auch die Düsenlöcher 1105 der zweiten Art geöffnet, und die Querschnittsfläche des Strömungskanals zum Bestimmen der Einspritzströmungsrate ist ein Wert, der durch ein Addieren der Öffnungsfläche der Düsenlöcher 1104 der ersten Art zu der Öffnungsfläche der Düsenlöcher 1105 der zweiten Art erhalten wird. Daher wird eine Kraftstoffeinspritzung erhalten durch ein Verwenden einer größeren Öffnungsfläche als jene in dem Fall des Modus einer geringen Einspritzrate.On the other hand, when the low injection rate mode is selected, the control signal is output for a sufficiently long period of time in accordance with the required fuel injection amount, and the needle 1031 reaches the maximum displacement. Because of this, both the first-type nozzle holes 1104 and the second-type nozzle holes 1105 are opened, and the cross-sectional area of the flow channel for determining the injection flow rate is a value obtained by adding the opening area of the first-type nozzle holes 1104 to the opening area of the nozzle holes 1105 of the second type is obtained. Therefore, fuel injection is obtained by using a larger opening area than that in the case of the low injection rate mode.

Wie dies vorstehend beschrieben ist, wird bei der vorliegenden Kraftstoffeinspritzeinheit die Antriebsrichtung abwechselnd derart geändert, dass, nachdem die Antriebsrichtung der Nadel 1031 nach oben eingerichtet worden ist, die Antriebsrichtung in die nach unten weisende Richtung zurückkehrt, bevor die Fläche, bei die Öffnungsfläche der Düsenlöcher 1104 und jene der Düsenlöcher 1105 maximal wird, die die Strömungsrate der Kraftstoffeinspritzung bestimmen, zueinander addiert werden. Daher ist es wie bei einer Kraftstoffeinspritzeinheit, bei der die Nadel 1031 ortsfest bei einem Halbhubzustand gestaltet ist, möglich, eine Kraftstoffeinspritzeinheit zu verwirklichen, die eine Kraftstoffzerstäubung bei einer geringen Einspritzrate ohne einen komplizierten Aufbau der Einspritzeinrichtung 1011 verwirklichen kann.As described above, in the present fuel injection unit, the driving direction is alternately changed so that after the driving direction of the needle 1031 has been set up, the driving direction returns to the downward direction before the area at the opening area of the nozzle holes 1104 and those of the nozzle holes 1105 that determine the flow rate of the fuel injection are maximally added to each other. Therefore, like a fuel injection unit in which the needle 1031 is made stationary in a half-stroke state, it is possible to realize a fuel injection unit that can achieve fuel atomization at a low injection rate without a complicated structure of the injector 1011 .

Was die Düsenlöcher betrifft, so sind Düsenlöcher 1104 der ersten Art, die öffnen, wenn die Nadel 1031 die erste Verschiebung überschreitet, und Düsenlöcher 1105 der zweiten Art vorgesehen, die öffnen, wenn die Nadel 1031 die zweite Verschiebung überschreitet, die größer als die erste Verschiebung ist. Daher schafft die Kraftstoffeinspritzeinheit der vorliegenden Erfindung die folgenden Vorteile im Vergleich zu einer herkömmlichen Kraftstoffeinspritzeinheit, bei der das Kraftstoffeinspritzen bei einer geringen Einspritzrate ausgeführt wird, wenn die Nadel dazu gebracht wird, dass sie bei einem Halbhubzustand ortsfest ist, indem die Strömungsrate des von der Gegendruckkammer abgegebenen Kraftstoffes eingestellt wird. Bei der herkömmlichen Kraftstoffeinspritzeinheit kann in dem Fall eines vollen Hubs der Hub durch ein Intervall zwischen der Nadel und der Abdeckseite der Gegendruckkammer, die die Nadel aufnimmt, genau bestimmt werden. Daher kann die Nadel dazu gebracht werden, das sie bei dem Hub ortsfest ist. Jedoch ist es in dem Fall eines halben Hubs schwierig, den Gegendruck der Nadel genau zu steuern, und die Steuerbarkeit der Kraftstoffeinspritzrate ist nicht unbedingt hoch und das Gleiche trifft auf die Kraftstoffeinspritzmenge zu. Andererseits wird bei der vorliegenden Kraftstoffeinspritzeinheit die Querschnittsfläche eines Strömungskanals zum Bestimmen der Kraftstoffeinspritzmenge in zwei Schritten durch zwei Arten an Düsenlöchern 1104 und 1105 verändert, die bei zu einander verschiedenen Verschiebungen geöffnet werden. Daher kann die Einspritzrate stabil gehalten werden und die Kraftstoffeinspritzmenge kann mit einer hohen Genauigkeit eingestellt werden.As for the nozzle holes, there are provided nozzle holes 1104 of the first type that open when the needle 1031 exceeds the first displacement, and nozzle holes 1105 of the second type that open when the needle 1031 exceeds the second displacement that is greater than the first Shift is. Therefore, the fuel injection unit of the present invention provides the following advantages compared to a conventional fuel injection unit in which the fuel injection is carried out at a low injection rate when the needle is made to be stationary in a half-stroke state by the flow rate of the back pressure chamber delivered fuel is set. In the conventional fuel injection unit, in the case of a full stroke, the stroke can be accurately determined by an interval between the needle and the cover side of the back pressure chamber that receives the needle. Therefore, the needle can be made to be stationary at the stroke. However, in the case of a half stroke, it is difficult to precisely control the back pressure of the needle, and the controllability of the fuel injection rate is not necessarily high, and the same applies to the fuel injection amount. On the other hand, in the present fuel injection unit, the cross-sectional area of a flow passage for determining the fuel injection amount is changed in two steps by two types of nozzle holes 1104 and 1105 , which are opened with different displacements. Therefore, the injection rate can be kept stable and the fuel injection amount can be adjusted with high accuracy.

Da die Löcher 1104 und 1105 seitliche Löcher sind, die zu der Seite 1201b des Führungsloches 1201 der Nadel 1031 offen sind, kann die Kraftstoffeinspritzeinheit mit Leichtigkeit hergestellt werden, und des Weiteren kann die Zeitspanne von dem Zeitpunkt, bei dem die Düsenlöcher 1104 der ersten Art geöffnet werden, bis zu dem Zeitpunkt, bei dem die Düsenlöcher 1105 der zweiten Art geöffnet werden, mit Leichtigkeit eingestellt werden, indem ein Intervall zwischen beiden Düsenlöchern 1104 und 1105 in der Verschiebungsrichtung eingestellt wird. In diesem Zusammenhang ist die vorliegende Erfindung nicht unbedingt auf den Aufbau mit zwei Arten an Düsenlöchern 1104 und 1105 beschränkt, deren Nadelverschiebung voneinander verschieden sind, wenn die Düsenlöcher geöffnet werden, bei denen die Öffnungsfläche der Düsenlöcher 1104 und die Öffnungsfläche der Düsenlöcher 1105 verschieden sind. Es möglich, den nachstehend beschriebenen Aufbau aufzugreifen. In dem Fall der Düsenlöcher eines einzigen Aufbaus wird, bevor der Hub der Nadel einen Wert erreicht, der durch die maximale Fläche bestimmt wird, die die Öffnungsfläche der Düsenlöcher ist, die Antriebsrichtung der Nadel in die Richtung des Setzens des Nadelventils verändert. Aufgrund dessen kann die Öffnungsfläche der Düsenlöcher im Wesentlichen bei einem Wert eingestellt werden, der durch den Abstand zwischen der Nadel und dem Sitz bestimmt wird. Das Kraftstoffeinspritzen wird in Übereinstimmung mit diesem Wert ausgeführt. In diesem Fall kann ein Kraftstoffeinspritzen unter Verwendung des Aufbau der verwirklichten Einspritzeinrichtung verwirklicht werden und der piezoelektrische Stapel wird gesteuert, während er geladen und entladen wird.Since the holes 1104 and 1105 are side holes that are open to the side 1201b of the guide hole 1201 of the needle 1031 , the fuel injection unit can be manufactured with ease, and further, the period from when the nozzle holes 1104 of the first one Can be easily set by setting an interval between both nozzle holes 1104 and 1105 in the shifting direction until the time when the nozzle holes 1105 of the second type are opened. In this connection, the present invention is not necessarily limited to the construction with two types of nozzle holes 1104 and 1105 , the needle displacement of which are different from each other when the nozzle holes are opened, in which the opening area of the nozzle holes 1104 and the opening area of the nozzle holes 1105 are different. It is possible to adopt the structure described below. In the case of the nozzle holes of a single construction, before the stroke of the needle reaches a value determined by the maximum area that is the opening area of the nozzle holes, the driving direction of the needle is changed in the direction of setting the needle valve. Because of this, the opening area of the nozzle holes can be set substantially at a value determined by the distance between the needle and the seat. The fuel injection is carried out in accordance with this value. In this case, fuel injection can be realized using the structure of the injector realized, and the piezoelectric stack is controlled while being charged and discharged.

Während die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf spezifische Ausführungsbeispiele beschrieben worden ist, die zum Zwecke der Veranschaulichung gewählt wurden, sollte für Fachleute offensichtlich sein, dass viele Abwandlungen angefertigt werden können, ohne von dem Umfang der Erfindung abzuweichen.While the present invention with reference to specific embodiments have been described, which for For purposes of illustration, should have been chosen for Professionals will be obvious that many variations can be made without departing from the scope of the invention departing.

Es ist eine Steuerkammer zum Erzeugen eines Gegendrucks geschaffen worden, der an einer Düsennadel wirkt, die ein Düsenloch öffnet und schließt. Ein Drei-Wege-Ventil zum Öffnen und Schließen zwischen der Steuerkammer und einem Ablaufkanal wird durch eine ECU gesteuert. Die ECU stellt die Spannung ein, die an einem piezoelektrische Betätigungsglied angelegt wird, um das Drei-Wege-Ventil derart anzutreiben, dass das Drei-Wege- Ventil wiederholt geöffnet und geschlossen wird, und der Druck in der Steuerkammer wird bei einem Wert gehalten, der höher als der Druck ist, durch den die Düsennadel vollständig angehoben wird. Aufgrund dessen wird der Hub der Düsennadel bei der Zeitspanne der Kraftstoffeinspritzung bei einer Halbhubposition gehalten.It is a control chamber for creating a back pressure created, which acts on a nozzle needle, the one Nozzle hole opens and closes. A three-way valve to open and closing between the control chamber and a drain channel is controlled by an ECU. The ECU adjusts the voltage which is applied to a piezoelectric actuator to to drive the three-way valve such that the three-way Valve is opened and closed repeatedly, and the pressure  in the control chamber is held at a value higher than is the pressure by which the nozzle needle is raised completely becomes. Because of this, the stroke of the nozzle needle at the Fuel injection period at a half-stroke position held.

Claims (14)

1. Kraftstoffeinspritzeinheit mit:
einer Steuerkammer zum Erzeugen eines Drucks in einer Ventilschließrichtung, der an einer Düsennadel wirkt, die ein Düsenloch öffnet und schließt; und
einem Steuerventil zum Erhöhen und Vermindern eines Drucks in der Steuerkammer, wenn das Steuerventil geöffnet und geschlossen wird, wobei die Düsennadel geöffnet wird, wenn der Druck in der Steuerkammer abnimmt,
wobei die Kraftstoffeinspritzeinheit des Weiteren einen Steuerabschnitt aufweist, um eine Hubposition der Düsennadel bei einer vorbestimmten Position zu steuern, die niedriger als eine Vollhubposition bei einer Periode der Kraftstoffeinspritzung ist, während der Druck in der Steuerkammer bei einem hohen Wert gehalten wird, der höher als der Druck des Vollhubs der Düsennadel ist, wenn das Steuerventil so gesteuert wird, das es öffnet und schließt.
1.Fuel injection unit with:
a control chamber for generating pressure in a valve closing direction, which acts on a nozzle needle that opens and closes a nozzle hole; and
a control valve for increasing and decreasing pressure in the control chamber when the control valve is opened and closed, the nozzle needle being opened when the pressure in the control chamber decreases,
wherein the fuel injection unit further includes a control section for controlling a stroke position of the nozzle needle at a predetermined position that is lower than a full stroke position at a period of fuel injection while maintaining the pressure in the control chamber at a high value that is higher than that Full stroke pressure of the nozzle needle is when the control valve is controlled to open and close.
2. Kraftstoffeinspritzeinheit gemäß Anspruch 1, wobei das Steuerventil geöffnet wird, wenn Energie zu diesem geliefert wird, so dass die Steuerkammer mit einem Ablaufkanal in Verbindung steht, und der Steuerabschnitt den Druck in der Steuerkammer steuert, wenn der Steuerabschnitt eine Öffnungs- und Schließbewegung des Steuerventils wiederholt. 2. The fuel injection unit according to claim 1, wherein the control valve is opened when there is power to this is supplied so that the control chamber with a drain channel communicates, and the control section the pressure in the Control chamber controls when the control section has an opening and closing movement of the control valve repeated.   3. Kraftstoffeinspritzeinheit gemäß Anspruch 2, wobei der Steuerabschnitt Energie zu dem Steuerventil liefert, so dass das Steuerventil wiederholt bei einer vorbestimmten Periode eine vorbestimmte Zeit lang geöffnet werden kann.3. The fuel injection unit according to claim 2, wherein the control section supplies energy to the control valve, so that the control valve repeats at a predetermined Period can be opened for a predetermined time. 4. Kraftstoffeinspritzeinheit gemäß einem Ansprüche 2 oder 3, wobei der Steuerabschnitt wiederholt eine Öffnungs- und Schließbewegung des Steuerventils ausführt, so dass eine Ventilöffnungszeit das erste Mal länger als nach dem ersten Mal sein kann.4. Fuel injection unit according to one of claims 2 or 3, in which the control section repeats an opening and Closing movement of the control valve so that a Valve opening time the first time longer than after the first time can be. 5. Kraftstoffeinspritzeinheit gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, die des Weiteren eine Huberfassungseinrichtung aufweist, die einen Hub der Düsennadel direkt oder indirekt erfasst, wobei der Steuerabschnitt das Steuerventil in Übereinstimmung mit einem von der Huberfassungseinrichtung gesendeten Erfassungssignal öffnet und schließt.5. Fuel injection unit according to one of claims 1 to 4, which further comprises a stroke detection device which detects a stroke of the nozzle needle directly or indirectly, wherein the control section the control valve in accordance with one sent by the stroke detection device Detection signal opens and closes. 6. Kraftstoffeinspritzeinheit gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Steuerabschnitt eine Halbhubsteuerung ausführt, bei der die Düsennadel bei einer vorbestimmten Halbhubposition gesteuert wird, wenn eine Zielkraftstoffeinspritzmenge oder eine Zielkraftstoffeinspritzzeitspanne geringer als ein vorbestimmter Wert ist.6. Fuel injection unit according to one of claims 1 to 5, where the control section executes half-stroke control at the nozzle needle at a predetermined half stroke position is controlled when a target fuel injection amount or a target fuel injection period less than one is a predetermined value. 7. Kraftstoffeinspritzeinheit gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Steuerabschnitt eine Halbhubsteuerung ausführt, um die Düsennadel bei einer vorbestimmten Halbhubposition zu steuern, wenn eine Kraftstoffeinspritzzeit eines Verbrennungsmotors sich wesentlich von einem oberen Totpunkt der Verdichtung unterscheidet. 7. Fuel injection unit according to one of claims 1 to 5, where the control section executes half-stroke control to the To control the nozzle needle at a predetermined half-stroke position, when an internal combustion engine fuel injection time essentially from a top dead center of compression different.   8. Kraftstoffeinspritzeinheit gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei eine Gesamtöffnungsfläche des Düsenloches sich in Übereinstimmung mit einer Hubposition der Düsennadel ändert.8. Fuel injection unit according to one of claims 1 to 7, where a total opening area of the nozzle hole Changes in accordance with a stroke position of the nozzle needle. 9. Kraftstoffeinspritzeinheit gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei
das Steuerventil durch ein piezoelektrisches Betätigungsglied angetrieben wird und
der Steuerabschnitt die Düsennadel bei einer vorbestimmten Halbhubposition steuert, indem wiederholt eine vorbestimmte hohe Spannung und eine niedrigere Spannung als jene an dem piezoelektrischen Betätigungsglied angelegt wird.
9. The fuel injection unit according to one of claims 1 to 8, wherein
the control valve is driven by a piezoelectric actuator and
the control section controls the nozzle needle at a predetermined half-stroke position by repeatedly applying a predetermined high voltage and a lower voltage than that to the piezoelectric actuator.
10. Kraftstoffeinspritzeinheit gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei
der Steuerabschnitt die Düsennadel bei einer vorbestimmten Halbhubposition steuert, indem wiederholt das Steuerventil geöffnet und geschlossen wird, und
das Steuerventil derart gesteuert wird, das es nicht exakt auf einen Ventilsitz bei der Ventilschließzeit gesetzt werden kann.
10. The fuel injection unit according to one of claims 1 to 9, wherein
the control section controls the nozzle needle at a predetermined half-stroke position by repeatedly opening and closing the control valve, and
the control valve is controlled such that it cannot be placed exactly on a valve seat at the valve closing time.
11. Kraftstoffeinspritzeinheit, bei der ein Starten und Anhalten eines Kraftstoffeinspritzens durch eine sich geradlinig bewegende Nadel frei geändert werden kann, die so aufgebaut ist, dass, je größer die Verschiebung von einem Referenzzustand des Anhaltens der Kraftstoffeinspritzung ist, desto mehr die Querschnittsfläche eines Strömungskanals zum Bestimmen der Strömungsrate der Einspritzung erweitert ist, wobei die Kraftstoffeinspritzeinheit folgendes aufweist:
eine Einspritzeinrichtung mit einer Antriebseinrichtung, die zu einem Ändern zwischen dem ersten Antriebszustand, bei dem die Nadel in einer Richtung derart gedrückt wird, das die Verschiebung der Nadel null ist, und dem zweiten Antriebszustand in der Lage ist, bei dem die Nadel in einer zu der Antriebsrichtung bei dem ersten Antriebszustand umgekehrten Richtung gedrückt wird, und die Nadel in einer derartigen Richtung gedrückt wird, dass die Verschiebung der Nadel maximal ist; und
eine Steuereinrichtung zum Ändern eines Antriebszustandes der Nadel durch ein Steuern der Antriebseinrichtung,
wobei die Steuereinrichtung zwischen einem Modus einer hohen Einspritzrate, bei dem der Antriebszustand bei dem zweiten Antriebszustand eingestellt ist und die Nadel bei der maximalen Verschiebung verbleibt, und einem Modus einer niedrigen Einspritzrate geschaltet werden kann, bei der der erste und der zweite Antriebszustand abwechselnd derart wiederholt werden, dass der Antriebszustand in den ersten Antriebszustand zurückkehren kann, nachdem der Antriebszustand auf den zweiten den zweiten Antriebszustand eingestellt ist und bevor der Hub der Nadel einen Hub erreicht, bei dem die Querschnittsfläche des Strömungskanals maximal wird.
11. A fuel injection unit in which starting and stopping of fuel injection can be freely changed by a linearly moving needle that is constructed such that the larger the shift from a reference state of stopping the fuel injection, the more the cross sectional area of a flow passage to Determining the flow rate of the injection is expanded, the fuel injection unit having the following:
an injector having a drive means capable of changing between the first drive state in which the needle is pushed in a direction such that the displacement of the needle is zero and the second drive state in which the needle is in a close the driving direction is pushed in the reverse driving direction in the first driving state, and the needle is pushed in such a direction that the displacement of the needle is maximum; and
a control device for changing a drive state of the needle by controlling the drive device,
wherein the controller can be switched between a high injection rate mode in which the drive state is set to the second drive state and the needle remains at the maximum displacement and a low injection rate mode in which the first and second drive states are repeated in such a manner that the drive state can return to the first drive state after the drive state is set to the second the second drive state and before the stroke of the needle reaches a stroke at which the cross-sectional area of the flow channel becomes maximum.
12. Kraftstoffeinspritzeinheit gemäß Anspruch 1, wobei die Einspritzeinrichtung ein Düsenloch einer ersten Art, das geöffnet wird, wenn die Nadel eine erste Verschiebung überschreitet, und ein Düsenloch einer zweiten Art aufweist, das geöffnet wird, wenn die Nadel eine zweite Verschiebung überschreitet, die größer als die erste Verschiebung ist.12. The fuel injection unit according to claim 1, wherein the injection device a nozzle hole of a first type, that opens when the needle makes a first shift exceeds, and has a nozzle hole of a second type, that opens when the needle moves a second time that is greater than the first shift. 13. Kraftstoffeinspritzeinheit gemäß Anspruch 12, wobei die Einspritzeinrichtung zwei Arten an Löchern hat, die in einem Düsenkörper ausgebildet sind, in dem eine Nadel gleitfähig gehalten ist und Führungsloch zum Liefern von Kraftstoff ausgebildet ist, wobei ein Ende von jedem Loch zu einer Fläche des Düsenkörpers offen ist und das andere Ende von jedem Loch mit dem Führungsloch in Verbindung steht, wobei jedes Loch durch die Nadel geschlossen werden kann, wobei die beiden Arten an Löchern bei einem Intervall in einer Richtung der Nadelverschiebung ausgebildet sind, wobei das Loch, das geöffnet wird, wenn eine Verschiebung der Nadel die erste Verschiebung überschreitet, das erste Düsenloch ist, und das Loch, das geöffnet wird, wenn eine Verschiebung der Nadel die zweite Verschiebung überschreitet, das zweite Düsenloch ist.13. The fuel injection unit according to claim 12, wherein the injector has two types of holes that are in a nozzle body are formed, in which a needle is slidable and guide hole for delivering Fuel is formed with one end of each hole closed one surface of the nozzle body is open and the other end of each hole communicates with the pilot hole, where each hole can be closed by the needle, the both types of holes at an interval in one direction the needle displacement are formed, the hole that is opened when the needle moves first Displacement exceeds that is the first nozzle hole, and that  Hole that opens when the needle moves second displacement exceeds, the second nozzle hole is. 14. Kraftstoffeinspritzeinheit gemäß einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei der Zeitpunkt des Änderns von dem ersten Antriebszustand in den zweiten Antriebszustand bei dem Modus einer geringen Einspritzrate bei einem Zeitpunkt eingesetzt ist, bevor der Hub der Nadel eine Verschiebung erreicht, bei der die Querschnittsfläche des Strömungskanals zu null wird.14. Fuel injection unit according to one of claims 11 to 13, where the time of changing from the first drive state in the second drive state in a low mode Injection rate is used at a time before the stroke the needle reaches a displacement at which the Cross-sectional area of the flow channel becomes zero.
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