JP2001241350A - コモンレール式燃料噴射装置 - Google Patents

コモンレール式燃料噴射装置

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JP2001241350A JP2000322171A JP2000322171A JP2001241350A JP 2001241350 A JP2001241350 A JP 2001241350A JP 2000322171 A JP2000322171 A JP 2000322171A JP 2000322171 A JP2000322171 A JP 2000322171A JP 2001241350 A JP2001241350 A JP 2001241350A
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    • F02D2200/0606—Fuel temperature

Abstract

(57)【要約】 【課題】 コモンレール式燃料噴射装置において、制御
用の燃料の状態の変動がインジェクタの作動に与える影
響を回避することである。 【解決手段】 弁室５５内に配設されたボール６３を押
圧駆動するピエゾアクチエータ１３の充放電を制御して
ボール６３の着座と離座との切り換えによりニードル６
１の背圧の高低を切り換えインジェクタ１の噴射制御を
行うＥＣＵ８１を、検出されたコモンレール圧力が低い
ときには、充電時のピエゾアクチエータ１３の動作に対
抗するように作用する弁室５５内に制御用に導入される
高圧燃料の圧力も低いと判断し、ピエゾアクチュエータ
１３の充電量を少なくするように設定することで、ボー
ル６３がシート５５１に着座する時の衝撃を和らげこれ
らの磨耗等が生じないようにし、インジェクタ１の適正
な作動を実現する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はコモンレール式燃料
噴射装置の燃料噴射制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】コモンレール式燃料噴射装置はディーゼ
ルエンジンに用いられるもので、各気筒共通のコモンレ
ールを高圧サプライポンプからの高圧燃料の圧送で高圧
に蓄圧し、コモンレールから各気筒のインジェクタに高
圧燃料を供給しインジェクタはＥＣＵによる制御のもと
で燃料噴射を行う。インジェクタは供給された上記高圧
燃料を噴孔から噴射するノズル部を有し、噴孔の開閉は
ノズル部内に挿置されたニードルにより行う。
【０００３】インジェクタに供給される高圧燃料はニー
ドルの制御用としても用いられ、インジェクタは、例え
ば、ニードルの後端面に面して背圧室を有し背圧室には
絞りを介して上記高圧燃料が導入されてニードルの背圧
を発生し、背圧の増減でニードルが開閉作動する。背圧
の増減は背圧増減手段により行われる。背圧増減手段
は、背圧室と低圧通路の間に介設された弁室を有し、そ
の中に収容された弁体の作動で背圧室の圧力を低圧通路
にリリーフする。弁体の駆動には、近年、圧電セラミッ
ク等の圧電効果を応用したピエゾアクチュエータが用い
られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、インジェク
タ内の燃料は各種の条件により状態が大きく異なり、例
えば、コモンレールから供給される高圧燃料はエンジン
の運転状態に応じて約２０ＭＰa 〜約２００ＭＰa の広
い範囲の燃料圧力値をとる。かかる燃料を前記ニードル
の背圧等の制御用として用いる構成では燃料の状態によ
ってはインジェクタが適正に作動しないおそれがあり噴
射制御に影響をおよぼす。
【０００５】本発明は前記実情に鑑みなされたもので、
インジェクタの作動特性が良好なコモンレール式燃料噴
射装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明で
は、噴孔を開閉するニードルを有しコモンレールから供
給された高圧の燃料を上記噴孔から噴射するノズル部
と、前記燃料が導入されてニードルの背圧を発生せしめ
る背圧室と、該背圧室と低圧源の間に介設された弁室内
に弁体が配設され前記弁体の変位で前記背圧室の圧力を
増減自在に構成された背圧増減手段と、前記弁体を駆動
するピエゾアクチュエータとを有し、かつ、少なくとも
前記ピエゾアクチュエータの充電時に前記弁体が着座す
る弁座が前記弁室に形成されてなるインジェクタと、前
記ピエゾアクチュエータの充放電を制御して前記背圧室
の圧力の高低切り換えにより前記ニードルを開閉駆動せ
しめる制御手段とを具備するコモンレール式燃料噴射装
置において、充電時における前記ピエゾアクチュエータ
の易動度を検出する易動度検出手段を具備せしめるとと
もに、前記制御手段を、検出された上記易動度が大きい
ほど前記ピエゾアクチュエータへの充電量が少なくなる
ように設定する。
【０００７】ピエゾアクチュエータの充電時における易
動度が大きいほど弁体が着座した時の衝撃が相対的に大
きくなるから、ピエゾアクチュエータへの充電量を少な
くして弁体駆動力を適正ならしめることで上記衝撃を和
らげることができ、弁体や弁座の磨耗や破損を防止する
ことができる。これにより燃料状態によって前記易動度
が変動しても適正な作動が得られ噴射制御の精度が保た
れる。
【０００８】請求項２記載の発明では、請求項１の発明
の構成において、上記易動度検出手段を前記コモンレー
ルの燃料圧力を検出する構成として、検出された燃料圧
力が低いほど上記易動度が大きいと判断する。
【０００９】コモンレールの燃料圧力が低いほど該燃料
圧力により前記弁体が上記弁座から離座する方向に作用
する力は小さくなるので、ピエゾアクチュエータの易動
度は大きくなる。インジェクタ内の燃料圧力も上記のご
とくコモンレール圧力に応じて大きく変化するから、易
動度をコモンレール燃料圧力に基づいて判断すること
で、前記制御手段による噴射制御において燃料状態の変
動を良好に吸収することができる。
【００１０】請求項１または２の発明は、前記ピエゾア
クチュエータが、燃料が導入されピエゾスタックの伸縮
で拡縮するポンプ室を有し前記燃料の圧力によりピスト
ンを駆動して前記弁体を押圧する構成であり、前記イン
ジェクタが、前記ピエゾアクチュエータが充電保持状態
の時、燃料噴射を行う構成である請求項３記載の燃料噴
射装置のような、弁体に対する押しつけ力が、ポンプ室
内の燃料の粘性等の状態によっても変動する構成に適用
することで、より良好な結果を得ることができる。
【００１１】請求項４記載の発明では、請求項３の発明
の構成において、前記易動度検出手段を前記インジェク
タ内の燃料の温度を検出する構成として、検出された前
記燃料温度が低いほど易動度が大きいと判断する。
【００１２】燃料の粘性が高いほど弁体押圧時のポンプ
室からの燃料のリークも少なくなるので、ピエゾアクチ
ュエータの易動度は大きくなる。燃料の粘性は燃料温度
に応じて大きく変化するから、易動度をインジェクタ内
燃料温度に基づいて判断することで、前記制御手段によ
る噴射制御において燃料状態の変動を良好に吸収するこ
とができる。
【００１３】請求項５記載の発明では、請求項３または
４の発明の構成において、前記制御手段を、燃料の指令
噴射時間に基づいて設定された前記ピエゾアクチュエー
タの充電保持時間が予め設定した充電保持時間しきい値
よりも長い場合において、前記ピエゾアクチュエータの
充電量が予め設定した充電量しきい値よりも少ないとき
には、前記ピエゾアクチュエータの充電後の経過時間が
前記充電時間しきい値をこえると前記ピエゾアクチュエ
ータに補充の充電を行うように設定し、前記ピエゾアク
チュエータの充電量が前記充電量しきい値よりも多いと
きには、前記ピエゾアクチュエータの充電後の経過時間
が前記充電保持時間しきい値をこえた時に一時的にピエ
ゾアクチュエータを放電する放電期間が設けられるよう
に設定する。
【００１４】弁体の着座時の衝撃を和らげるべく前記の
ごとくコモンレールの燃料圧力に応じてピエゾアクチュ
エータの充電量が低めに抑えられる。ここで、指令噴射
時間が多いとすなわち充電保持時間が長いと、ピエゾア
クチュエータに充電補充が行われて弁体に対する押し付
け力を増強する。これにより、充電保持時間の長期化に
よりポンプ室の燃料のリークが進んで前記弁座から離座
し燃料噴射が継続しなくなるのを防止することができ
る。また、ピエゾアクチュエータの易動度が低く、ピエ
ゾアクチュエータの充電量が許容される最大充電量近く
に設定されて補充する余裕がなくなったときには、放電
期間の途中において一時的にピエゾアクチュエータを放
電して初期状態に復しニードルが下降し切る前に再充電
することで、燃料噴射が継続しなくなるのを防止するこ
とができる。
【００１５】請求項６記載の発明では、請求項４または
５の発明の構成において、前記制御手段を、前記ピエゾ
アクチュータの充電時期が、検出された上記燃料温度が
低い側では遅角し高い側では進角するように、指令噴射
時期に基づいて設定された充電時期が補正されるように
設定する。
【００１６】燃料の粘性が高いほど弁体押圧時のポンプ
室からの燃料のリークも少なくなるので、ピエゾアクチ
ュエータは充電時の易動度が大きく弁体の着座作動した
がってニードルリフトの応答性がよくなる。燃料の粘性
は燃料温度に応じて大きく変化するから、充電時期をイ
ンジェクタ内燃料温度に基づいて補正することで噴射時
期および噴射量のばらつきを抑えることができる。
【００１７】請求項７記載の発明では、請求項４ないし
６の発明の構成において、前記制御手段を、前記ピエゾ
アクチュータの充電保持時間が、検出された前記燃料温
度が低い側では短く高い側では長くなるように、指令噴
射時間に基づいて設定された充電保持時間が補正される
ように設定する。
【００１８】燃料の粘性が高いほど弁体押圧時のポンプ
室からの燃料のリークも少なくなるので、ピエゾアクチ
ュエータは充電時の易動度が大きく弁体の着座作動した
がってニードルリフトの応答性がよくなる。燃料の粘性
は燃料温度に応じて大きく変化するから、充電保持時間
をインジェクタ内燃料温度に基づいて補正することで噴
射量のばらつきを抑えることができる。
【００１９】請求項８記載の発明では、噴孔を開閉する
ニードルを有しコモンレールから供給された高圧の燃料
を前記噴孔から噴射するノズル部と、前記燃料が導入さ
れてニードルの背圧を発生せしめる背圧室と、該背圧室
と低圧源の間に介設された弁室内に弁体が配設され前記
弁体の変位で前記背圧室の圧力を増減自在に構成された
背圧増減手段と、燃料が導入されてピエゾスタックの伸
縮で拡縮するポンプ室を備え前記弁体を直接押圧するピ
ストンを前記ポンプ室の燃料の圧力を介して駆動するピ
エゾアクチュエータとを有し、かつ、少なくとも前記ピ
エゾアクチュエータの充電時に前記弁体が着座する弁座
が前記弁室に形成されてなるとともに、前記ピエゾアク
チュエータが充電保持状態の時、燃料噴射を行うインジ
ェクタと、前記ピエゾアクチュエータの充放電を制御し
て前記背圧室の圧力の高低切り換えにより前記ニードル
を開閉駆動せしめる制御手段とを具備するコモンレール
式燃料噴射装置において、前記制御手段を、指令噴射時
間に基づいて設定された前記ピエゾアクチュエータの充
電保持時間が予め設定した充電保持時間しきい値よりも
長いときに、前記ピエゾアクチュエータの充電後の経過
時間が前記充電保持時間しきい値をこえると前記ピエゾ
アクチュエータに補充の充電を行うように設定する。
【００２０】指令噴射時間が長いと、充電保持期間の途
中でピエゾアクチュエータに充電補充が行われて弁体に
対する押し付け力を増強する。しかして、充電保持期間
の長期化によりポンプ室の燃料のリークが進んで燃料噴
射が途中で停止するのを防止することができる。また、
これにより、当初の充電量を例えば弁体駆動に必要最小
限に止めておいて弁体が着座するときの衝撃を和らげる
ことができる。
【００２１】請求項９記載の発明では、噴孔を開閉する
ニードルを有しコモンレールから供給された高圧の燃料
を前記噴孔から噴射するノズル部と、前記燃料が導入さ
れてニードルの背圧を発生せしめる背圧室と、該背圧室
と低圧源の間に介設された弁室内に弁体が配設され前記
弁体の変位で前記背圧室の圧力を増減自在に構成された
圧力増減手段と、燃料が導入されてピエゾスタックの伸
縮で拡縮するポンプ室を備え前記弁体を直接押圧するピ
ストンを前記ポンプ室の燃料の圧力を介して駆動するピ
エゾアクチュエータとを有し、かつ、少なくとも前記ピ
エゾアクチュエータの充電時に前記弁体が着座する弁座
が前記弁室に形成されるとともに、前記ピエゾアクチュ
エータが充電保持状態の時、燃料噴射を行うインジェク
タと、前記ピエゾアクチュエータの充放電を制御して前
記背圧室の圧力の高低切り換えにより前記ニードルを開
閉駆動せしめる制御手段とを具備するコモンレール式燃
料噴射装置において、前記制御手段を、指令噴射時間に
基づいて設定された前記ピエゾアクチュエータの充電保
持時間が予め設定した充電保持時間しきい値よりも長い
ときに、前記ピエゾアクチュエータの充電後の経過時間
が前記充電保持時間しきい値をこえた時に一時的に上記
ピエゾアクチュエータを放電する放電期間が設けられる
ように設定する。
【００２２】指令噴射時間が長いと、充電保持期間の途
中で一時的にピエゾアクチュエータを放電して初期状態
に復する。しかして、充電保持期間の長期化によりポン
プ室の燃料のリークが進んで燃料噴射が途中で停止する
のを防止することができる。また、これにより、当初の
充電量を例えば弁体駆動に必要最小限に止めておいて弁
体が着座するときの衝撃を和らげることができる。
【００２３】請求項１０記載の発明では、噴孔を開閉す
るニードルを有しコモンレールから供給された高圧の燃
料を前記噴孔から噴射するノズル部と、前記燃料が導入
されてニードルの背圧を発生せしめる背圧室と、該背圧
室と低圧源の間に介設された弁室内に弁体が配設され前
記弁体の変位で前記背圧室の圧力を増減自在に構成され
た背圧増減手段と、前記弁体を駆動するピエゾアクチュ
エータとを有し、かつ、少なくとも前記ピエゾアクチュ
エータの充電時に前記弁体が着座する弁座が前記弁室に
形成されてなるインジェクタと、前記ピエゾアクチュエ
ータの充放電を制御して前記背圧室の圧力の高低切り換
えにより前記ニードルを開閉駆動せしめる制御手段とを
具備し、かつ、前記ピエゾアクチュエータの充電と放電
とを連続的に複数回繰り返し、１回の燃料噴射を実質的
に前記複数回に分けて行うコモンレール式燃料噴射装置
において、前記コモンレールの圧力を検出する圧力検出
手段を具備せしめ、前記制御手段は、予め、コモンレー
ル圧力と、前記ニードルの閉弁開始時以後における前記
インジェクタの作動状態との関係を記憶し、燃料の噴射
を複数回に分けて行う場合の前記ピエゾアクチュエータ
の再充電開始のタイミングを、前記インジェクタが前記
作動状態になる時点とするように設定し、かつ、前記作
動状態には、前記ニードルの閉弁開始時から前記ピエゾ
アクチュエータの蓄電量が０になるまでの作動状態を含
める。
【００２４】燃料の噴射を複数回に分けて行う場合に
は、２回目以降の噴射は、前記インジェクタがニードル
の閉弁開始時の作動状態になる以後の時点で再充電開始
が許容される。ニードルが閉弁を開始する時点ではまだ
ピエゾアクチュエータの蓄電量は０に達しておらず、こ
の、ピエゾアクチュエータに電荷が残った状態で再充電
した場合には、ピエゾアクチュエータの蓄電量は速やか
にニードルが開弁可能な蓄電量に達する。すなわち、前
後する噴射のインターバルの短い噴射モードが選択し得
る。
【００２５】ここで、ニードルの閉弁開始時以後の作動
状態は、ニードルの背圧等がコモンレール圧力に依存す
ることからコモンレール圧力により異なるが、検出され
たコモンレール圧力に基づいて知られるので、コモンレ
ール圧力が変動しても、例えば、再充電のタイミングが
ニードルが閉弁を開始する前にきてしまう等の作動不良
が回避され、相前後してなされる充電に対応して噴射率
のピークが明瞭に現れる。
【００２６】請求項１０記載の発明では、前記インジェ
クタの作動状態が前記ピエゾアクチュエータの蓄電量に
より知られる構成とする。
【００２７】前記ピエゾアクチュエータの充電により弁
体が変位し、ニードルが開閉弁するから、ピエゾアクチ
ュエータの蓄電量に基づいてニードルが閉弁を開始する
時が正確に知られる。
【００２８】
【発明の実施の形態】（第１実施形態）本発明のディー
ゼルエンジンのコモンレール式燃料噴射装置を図１、図
２、図３により説明する。コモンレール式燃料噴射装置
の全体構成を示す図２において、ディーゼルエンジンの
各気筒のインジェクタ１と供給ライン７５を介して連通
する共通のコモンレール７４が設けられ、コモンレール
７４は、高圧サプライポンプ７３から圧送された高圧燃
料により蓄圧される。図例ではインジェクタ１は１つの
み図示しているが同じ構成のものが気筒数分設けられ
る。インジェクタ１は、ＥＣＵ８１がインジェクタ１の
後述するピエゾスタック６６を充放電し、必要な時期に
必要な時間だけインジェクタ１から各気筒の燃焼室内に
略コモンレール７４の燃料圧力（以下、コモンレール圧
力という）に等しい噴射圧力で燃料を噴射するようにな
っている。
【００２９】コモンレール圧力は圧力センサ８２によっ
て検出され、その検出結果に基づいてＥＣＵ８１が吸入
調量弁７２を制御してコモンレール７４への燃料の圧送
量を調整し、コモンレール圧力を他のセンサ入力等によ
り知られる運転条件に応じた良好な燃焼を与える最適な
噴射圧となるように制御する。また、易動度検出手段た
る圧力センサ８２から知られるコモンレール圧力は後述
するようにインジェクタ１の作動特性を判断するのに供
される。
【００３０】また、コモンレール７４からインジェクタ
１に供給された燃料は、上記燃焼室への噴射用の他、イ
ンジェクタ１の制御油圧用としても用いられ、インジェ
クタ１から低圧のドレーンライン７６を経て燃料タンク
７１に還流するようになっている。
【００３１】インジェクタ１の断面構造を示す図１にお
いて説明する。インジェクタ１はエンジンの図略の燃焼
室壁を貫通し図中下端部が燃焼室内に突出するように取
り付けられ、下端部から順にノズル部１１、背圧増減手
段たる背圧制御弁１２、ピエゾアクチュエータ１３が構
成される。インジェクタ１は棒状体２を有し、前記各部
１１〜１３を構成する各部品を格納する穴や燃料が流通
する通路が形成される。
【００３２】ノズル部１１は、棒状体２の下端部にサッ
ク部４２が形成され、サック部４２形成壁を貫通して燃
料噴射用の噴孔４３が形成される。サック部４２は供給
ライン７５に通じる高圧通路３１とつながっている。ま
た、棒状体２には、縦穴２１が形成され、この縦穴２１
の上側部分には段付きのノズルニードル６１がその上側
大径部６１２で摺動自在に保持されており、ノズルニー
ドル６１の下側小径部６１１の外周には環状の油溜まり
４１が形成され、油溜まり４１は常時高圧通路３１と連
通しコモンレール７４からの高圧燃料が供給されてい
る。
【００３３】ノズルニードル６１は下降状態では円錐形
の下端部がサック部４２の上端部を閉じて噴孔４３から
の燃料噴射を禁止し、燃料を噴射する時は上昇してサッ
ク部４２の上端部を開くようになっている。
【００３４】油溜まり４１の高圧燃料はノズルニードル
６１の段面６１ａおよび下端部の円錐面６１ｂに上向き
に作用しノズルニードル６１を開弁方向に付勢する。
【００３５】ノズルニードル６１の上方で縦穴２１の壁
面により画成される空間５３は、高圧通路３１からイン
オリフィス５１を介して制御油圧としての燃料圧が導入
されており、ノズルニードル６１の背圧を発生する背圧
室５３としてある。この背圧はノズルニードル６１に下
向きに作用し、背圧室５３内に収納されたスプリング６
２とともにノズルニードル６１を閉弁方向に付勢する。
【００３６】背圧室５３はアウトオリフィス５４を介し
て常時、弁室５５と連通している。弁室５５は天井面５
５２が円錐状に形成されており、天井面５５２の最上部
に開口する細穴２２を介してドレーンライン７６に通じ
る低圧通路３２とつながっている。縦穴２２には後述す
るピストン６４の外周に環状空間５６が形成され、低圧
通路３２と連通している。
【００３７】弁室５５の底面５５１には前記縦穴２２と
対応する位置に高圧通路３１と連通する高圧制御通路５
２が開口している。
【００３８】弁室５５内には、下側部分を水平にカット
したボール６３が配設されている。ボール６３は上下動
可能な弁体であり、下降時には、上記カット面で弁座と
しての弁室底面（以下、高圧側シート）５５１に着座し
て弁室５５を高圧制御通路５２と遮断し、上昇時には弁
座としての前記天井面（以下、低圧側シートという）５
５２に着座して弁室５５を前記環状空間５６と遮断す
る。これにより、下降時には背圧室５３がアウトオリフ
ィス５４、弁室５５、環状空間５６を介して低圧通路３
２と連通し、ノズルニードル６１の背圧が低下してノズ
ルニードル６１がリフトする。一方、上昇時には背圧室
５３がインオリフィス５１を介して、さらにアウトオリ
フィス５４、弁室５５、高圧制御通路５２を介して高圧
通路３１と連通し、ノズルニードル６１の背圧が上昇し
てノズルニードル６１が着座する。
【００３９】ボール６３はピエゾアクチュエータ１３に
より駆動される。ピエゾアクチュエータ１３は、前記縦
穴２３に同軸にピストン６４、皿ばね６５、ピエゾスタ
ック６６が配設してなる。
【００４０】ピストン６４は等径部６４３が縦穴２３の
下側小径部にて摺動自在に保持され、等径部６４３の下
方は下側ほど縮径する円錐部６４２となっており、さら
にその下は前記細穴２２を貫通して前記ボール６３と対
向し、ボール６３を押圧するプレッシャピン６４１とし
てある。円錐部６４２およびプレッシャピン６４１の外
周には前記環状空間５６が形成される。
【００４１】ピストン等径部６４３の上方は鍔部６４４
となっており、鍔部６４４の下端面を皿ばね６５が上方
に押圧している。一方、鍔部６４４の上端面にはピエゾ
スタック６６が当接されている。
【００４２】ピエゾスタック６６が放電状態で縮小して
いるときはプレッシャピン６４１とボール６３との間は
非押圧状態で当接もしくは微かなギャップが形成されて
おり、ボール６３は、低圧側シート５５２の面積分に相
当するボール６３の受圧面だけ弁室５５内の高圧燃料が
上方に付勢することにより、低圧側シート５５２に着座
している。一方、ピエゾスタック６６がＥＣＵ８１を構
成する駆動回路８１２からの充電で伸長するとピストン
６４を押し下げボール６３を高圧側シート５５１に着座
せしめる。
【００４３】駆動回路８１２はインジェクタに搭載され
たピエゾスタック駆動用の公知の構成のもので、ＤＣ−
ＤＣ回路、ピエゾスタック６６への充放電電流を制限す
るインダクタ、ピエゾスタック６６における電荷の移動
を制御するスイッチ回路等からなり、ピエゾスタックの
充放電および充電量の設定は、駆動回路８１２とともに
ＥＣＵ８１を構成する制御回路８１１により前記スイッ
チ回路の制御を行うことで可能としてある。
【００４４】制御回路８１１はマイクロコンピュータ等
で構成され、図３に制御回路８１１におけるピエゾアク
チュエータ１３の制御フローを示す。これにより制御回
路８１１の設定とともに本コモンレール式燃料噴射装置
の作動を説明する。
【００４５】ステップＳ１０では圧力センサ８２により
検出されたコモンレール圧力を取り込み、ステップＳ２
０でこのコモンレール圧力に基づいてピエゾスタック６
６の充電量、すなわち、ピエゾスタック６６への電荷の
供給量を設定する。以下、適宜、充電量はピエゾスタッ
ク６６の両極間の電圧（以下、ピエゾスタック電圧Ｖt
という）で表すものとする。ここで、ピエゾスタック電
圧Ｖt は図４に示すようにコモンレール圧力の一次関数
に従い設定する。
【００４６】ステップＳ３０ではピエゾスタック６６を
充電して伸長せしめピエゾアクチュエータ１３がボール
６３を押し下げる。このボール６３を押し下げる力は、
ピエゾスタック電圧Ｖt に略比例するので、コモンレー
ル圧力に対して一次関数で変化する。
【００４７】ボール６３が高圧側シート５５１に着座す
ることにより前記のごとくノズルニードル６１がリフト
し燃料噴射が開始される。
【００４８】なお、ピエゾスタック６６の充電時期は前
記のごとくスロットル開度等の運転状態から算出された
指令噴射時期に対応して設定される。また、充電保持時
間は指令噴射時間に対応して設定される。
【００４９】ステップＳ４０では充電保持時間が終了し
たか否かすなわち放電時期か否かを判断する。
【００５０】放電時期がくるとステップＳ４０からステ
ップＳ５０に進みピエゾスタック６６を放電して本フロ
ーは終了する。ピエゾスタック６６の放電によりボール
６３に対するピエゾアクチュエータ１３の押し下げ力が
解除されて高圧制御通路５２からの高圧燃料の押し上げ
力により上昇してボール６３が低圧側シート５５２に着
座してノズルニードル６１が下降し燃料噴射が終了す
る。
【００５１】さて、図５はボール６３の着座時における
弁室５５内の拡大図で、前記のごとくボール６３の表面
にはコモンレール圧力に略等しい燃料圧力が作用してお
り、これにより、全体としてはこの燃料圧力に、その非
受圧面の面積すなわち低圧側シート５５２の面積を乗じ
た大きさの上向きの力Ｆが発生する。したがって、この
力Ｆは図６に示すようにコモンレール圧力に比例する。
この力Ｆはピエゾアクチュータ１３の伸長方向の動きに
対抗する力として作用し、ピエゾアクチュータ１３は力
Ｆが大きいほど動きにくくなる。すなわちピエゾアクチ
ュエータ１３の易動度が減じられることになる。
【００５２】ここで、従来のようにピエスタック電圧Ｖ
t が一定とすれば、伸長時におけるピエゾアクチュエー
タ１３の発生力は図中二点鎖線で示すように一定とな
る。このピエゾアクチュエータ発生力と力Ｆの差（余裕
力）Ｆa がボール６３を押し下げる力となり、ピエゾア
クチュエータ１３には、図より知られるようにコモンレ
ール圧力が装置で使用される最高圧力のときに一定以上
の余裕力Ｆa を出力できることが要求される。しかし、
コモンレール圧力がアイドリング時等の約２０ＭＰa か
ら高速高負荷運転時の約２００ＭＰa まで変化幅が広い
ことを考えると、余裕力Ｆa もコモンレール圧力に応じ
て相当幅があることになる。この結果、コモンレール圧
力が低い時には、ピエゾアクチュエータ１３の易動度が
高く余裕力Ｆa が過剰となって、ボール６３が高圧側シ
ート５５１に当たった時に大きな衝撃が発生し、ボール
６３や高圧側シート５５１等に損傷を与えるおそれがあ
る。
【００５３】本コモンレール式燃料噴射装置では、コモ
ンレール圧力が低くボール６３を押し上げる力Ｆが小さ
いほど、ボール６３を押し下げるピエゾアクチュエータ
発生力も小さくなるようにしたので、余裕力Ｆa が過剰
にならず、ボール６３が高圧側シート５５１に当たった
時の衝撃を和らげることができる。なお、前記一次関数
の傾きは、例えば、余裕力Ｆa が略一定値をとるように
設定する。
【００５４】なお、ピエゾスタック電圧Ｖt はコモンレ
ール圧力に対して前記一次関数的に与えるのではなくコ
モンレール圧力を複数のレンジに分け低圧側のレンジほ
ど低電圧となるように階段状に設定するのも制御が簡単
となってよい。
【００５５】また、本実施形態において、背圧制御弁は
図例のものだけではなく、インジェクタの弁室にピエゾ
アクチュエータ駆動により駆動される弁体を配設すると
ともに少なくとも前記ピエゾアクチュエータの放電時に
上記弁体が着座する弁座（すなわち低圧側シート）を形
成したものであればよく、例えば、図１のインジェクタ
１の高圧制御通路５２を省略し、ピエゾアクチュエータ
放電時にはボール６３が低圧側シート５５２に着座する
ことでニードル６１の背圧を上昇させ、ピエゾアクチュ
エータ充電時にはボール６３が低圧側シート５５２から
離れニードル６１の背圧を下降させる構成とすることも
できる。なお、この構成だとボール６３はボール下方側
の部材（図１での高圧側シート５５１に相当）に着座さ
せる必要もなく、ボール下部に水平カット部も不要とな
る。
【００５６】（第２実施形態）図７に本発明の別のコモ
ンレール式燃料噴射装置を示す。インジェクタの一部の
構成と制御回路の制御上の一部の設定を別のものに代え
たもので、図中、第１実施形態と同じ番号を付した部分
については実質的に同じ作動をするので相違点を中心に
説明する。
【００５７】インジェクタ１Ａのピエゾアクチエータ１
３Ａは、細穴２２の上方の縦穴２３Ａに下側から小径ピ
ストン６７、皿ばね６５、大径ピストン６８、ピエゾク
タック６６が配設されてなる。小径ピストン６７は第１
実施形態のピストンの下側半部と実質的に同じ構成のも
ので、等径部６７３にて縦穴２３Ａに摺動自在に保持さ
れ、その下は下端側ほど縮径する円錐部６７２となって
おり、さらにその下はボール６３を押圧するプレッシャ
ピン６７１となっている。細穴２２および縦穴２３Ａに
は、円錐部６７２およびプレッシャピン６７１の外周に
環状空間５６が形成される。
【００５８】環状空間５６にはスプリング６９が配設さ
れて小径ピストン６７を上方に付勢している。小径ピス
トン６７の上方変位端は縦穴２３Ａの周壁面に形成した
段部２３１により位置決めされ、このときの小径ピスト
ン６７の位置がピエゾスタック６６を放電した時に復す
る初期位置となる。この時、プレッシャピン６７１とボ
ール６３とが当接、もしくは微細なギャップを有した状
態とする。
【００５９】大径ピストン６８は小径ピストン６７より
も大径の円形部材で縦穴２３Ａに摺動自在に保持され、
皿ばね６５からは上方に、ピエゾスタック６６からは下
方に付勢可能である。
【００６０】小径ピストン６７と大径ピストン６８との
間は燃料が充填されてポンプ室たる油圧拡大室５７とし
てあり、ピエゾスタック６６の伸長により大径ピストン
６８を押圧すると、その押圧力が油圧拡大室５７の燃料
を介して小径ピストン６７に伝えられる。ここで、小径
ピストン６７は大径ピストン６８よりも小径としている
ので、ピエゾスタック６６の伸長量を拡大するようにな
っている。
【００６１】制御回路８１１Ａはここで実行される制御
フローが第１実施形態の制御フローに新たに制御手順を
追加したものとなっており、これを図８に示す。これに
より、制御回路８１１Ａの設定とともに本コモンレール
式燃料噴射装置の作動を説明する。
【００６２】ステップＳ１０〜Ｓ３０では第１実施形態
と同様にピエゾスタック６６にコモンレール圧力に応じ
た適正なピエゾスタック電圧Ｖt が与えられる。
【００６３】続くステップＳ３１では指令噴射時間に対
応する指令充電保持時間が充電保持時間しきい値たる予
め設定した時間よりも長いか否かを判定し、短いときは
ステップＳ４０に進む。この場合は第１実施形態と同じ
手順が実行され、ボール６３が高圧側シート５５１に着
座する時の衝撃を和らげることができる。
【００６４】ステップＳ３１で指令充電保持時間が設定
時間よりも長いと判定されたときはステップＳ３１から
ステップＳ３２に進みピエゾスタック電圧Ｖt が充電量
しきい値たる予め設定した電圧よりも高いか否かを判定
し、低いときはステップＳ３３に進む。
【００６５】ステップＳ３３では駆動回路８１２により
ピエゾスタック６６に補充の充電を行いピエゾスタック
電圧Ｖt を補充電圧ΔＶt 増加したものに変更し、ステ
ップＳ４０に進む。これにより、充電保持時間のうち充
電されてから設定時間が経過した後はピエゾスタック電
圧Ｖt が補充電圧ΔＶt だけ高い分、ボール６３への押
圧力が増大する。
【００６６】一方、ステップＳ３２でピエゾスタック電
圧Ｖt が設定電圧よりも高いと判定されたときはステッ
プＳ３２からステップＳ３４に進み充電（ステップＳ３
０）されてから前記設定時間が経過した時点で駆動回路
８１２により一時的にピエゾスタック６６を放電する。
この一時的な放電期間の後、ステップＳ３５で再充電を
行い、ステップＳ４０に進む。
【００６７】さて、本コモンレール式燃料噴射装置は、
特にステップＳ３１〜Ｓ３５を実行することで次の効果
を奏する。図９はステップＳ３１，Ｓ３２において指令
充電保持時間が設定時間よりも長くかつ前記ステップＳ
２０で設定されたピエゾスタック電圧Ｖt が設定電圧よ
りも高いときのピエゾスタック電圧Ｖt の充電保持期間
における経時変化を示すもので、充電されてから設定時
間が経過するとその後はピエゾスタック電圧Ｖt が補充
電圧ΔＶt 増加する。
【００６８】図７より知られるように燃料噴射が行われ
る充電保持状態においてボール６３が高圧側シート５１
１に押し付けられて高圧制御通路５２を遮断している。
ここではピエゾアクチュエータ１３Ａがボール６３を押
し下げる力が、高圧制御通路５２の高圧燃料がボール６
３を押し上げる力に勝っている。しかし、ピエゾアクチ
ュエータ１３Ａは油圧拡大室５７の燃料圧を介してボー
ル６３を押圧する構成となっているので、油圧拡大室５
７の圧縮し加圧された燃料は徐々にピストン６７，６８
等の摺動部を介して徐々にリークして油圧拡大室５７の
燃料圧は低下する。これによりピエゾアクチュエータ１
３Ａがボール６３を押し下げる力は徐々に減じられるこ
とになる。このため、従来の装置では噴射量が多く噴射
時間が長いとボール６３が高圧側シート５１１から離間
してノズルニードル６１の背圧が上昇し噴射が停止して
しまうというおそれがある。
【００６９】本コモンレール式燃料噴射装置は充電保持
時間が長い場合、すなわち、噴射停止のおそれの有無を
判定する上記設定時間を越えた場合は補充の充電を行う
ことで油圧拡大室５７の燃料圧を高圧に回復せしめてピ
エゾアクチュエータ１３Ａのボール６３に対する押圧力
を増強する。これにより、ボール６３が高圧側シート５
１１から離間せず、指令噴射量分の燃料噴射が完了する
前にニードル６１が着座するのを防止することができ
る。なお、ピエゾアクチュエータ１３Ａのボール６３に
対する押圧力を増強しても、既にボール６３は高圧側シ
ート５１１に着座状態にあるからボール６３と高圧側シ
ート５１１との間で新たな衝撃は発生しない。
【００７０】また、コモンレール圧力が高くピエゾスタ
ック電圧Ｖt が高い場合は充電を補充する余裕がないこ
とになるが、ピエゾスタック電圧Ｖt が充電補充する余
裕があるかないか判定する上記設定電圧よりも高い場合
は、ステップＳ３４以降の手順により油圧拡大室５７か
らの燃料のリークによる燃料噴射の不具合を回避するこ
とができる。すなわち、図１０に示すように、設定時間
を越えた時点で一時的な放電期間を設けることでピエゾ
アクチュエータ１３Ａが初期状態に復帰し油圧拡大室５
７の燃料もリーク分の燃料が補充される。その後、再充
電を行うことでボール６３を再び高圧側シート５１１に
着座せしめることができる。
【００７１】なお、この放電期間において弁室５５内に
高圧制御通路５２から高圧燃料が流入し背圧室５３が高
圧となるので図１１に示すようにノズルニードル６１が
フルリフトの状態から少し下降する場合もあるが、一瞬
のことであるので噴射率に殆ど影響はなく通常のプロフ
ァイルが得られる。
【００７２】なお、本実施形態において、燃料の温度を
検出する温度センサを設けて上記設定時間を検出温度が
高いほど短く設定してもよい。インジェクタの温度が高
いほどインジェクタ内の燃料の粘性は低くなるからピエ
ゾアクチュエータがボールを押圧するときの油圧拡大室
からの燃料リークは多くなり、ボールに対する押し付け
力が早く低下するからである。
【００７３】また、上記ステップＳ３２，Ｓ３３を非実
行とし、一時的な放電期間の設定（ステップＳ３４，Ｓ
３５）のみで油圧拡大室５７からの燃料のリークによる
燃料噴射の不具合を回避するのもよい。逆に、ピエゾス
タック６６の仕様により決まるピエゾスタック電圧Ｖt
の許容最大電圧が十分なときは、前記ステップＳ３２，
Ｓ３４，Ｓ３５を非実行とし、充電補充（ステップＳ３
３）のみで油圧拡大室５７からの燃料のリークによる燃
料噴射の不具合を回避するのもよい。
【００７４】また、前記ステップＳ１０，Ｓ２０を非実
行としてコモンレール圧力によらずピエゾスタック電圧
Ｖt を固定しておき、上記のごとく一時的な放電期間の
設定（ステップＳ３４，Ｓ３５）のみ、または充電補充
（ステップＳ３３）のみを実行して噴射時間が長いとき
の油圧拡大室からの燃料のリークによる燃料噴射の不具
合を回避するのもよい。いずれの場合も、ピエゾスタッ
ク電圧Ｖt を装置で使用される最大コモンレール圧力に
対し一定の開弁力が得られる必要最小限の電圧に固定し
ておけばよいので、ある程度、ボールが高圧側シートに
着座する時の衝撃を和らげることもできる。
【００７５】（第３実施形態）図１２に本発明の別のコ
モンレール式燃料噴射装置を示す。基本的な構成は第２
実施形態の構成と同じもので、図中、第２実施形態と同
じ番号を付した部分は実質的に同じ作動をするので、第
２実施形態との相違点を中心に説明する。また、インジ
ェクタ１Ａの各部についても図７に示した番号を付すも
のとする。
【００７６】本コモンレール式燃料噴射装置はインジェ
クタ１Ａの温度を検出する易動度検出手段たる温度セン
サ８３が設けてあり、検出信号がＥＣＵ８１Ｂに入力し
ている。ＥＣＵ８１Ｂの図示しない制御回路は上記図８
に示した制御と基本的に同じ制御を実行する。
【００７７】この制御を前記図８により説明すると、ス
テップＳ１０でコモンレール圧力とともに、温度センサ
８３で検出されたインジェクタ１Ａ内の燃料温度（以
下、インジェクタ燃料温度という）を取り込む。ステッ
プＳ２０では、ピエゾスタック電圧Ｖt を、コモンレー
ル圧力とともに前記インジェクタ温度に基づいて設定す
る。すなわち、ピエゾスタック電圧Ｖt を上記インジェ
クタ燃料温度が低いほど低く設定する。例えば、図４の
ごとくコモンレール圧力に基づいて設定された電圧値に
対して、予め設定した基準温度からの温度差に応じて電
圧値を増減すればよい。
【００７８】さて、インジェクタ燃料温度が低いほどイ
ンジェクタ１Ａ内の燃料の体積弾性率および粘性は高く
なるから、コモンレール圧力が同等であってもインジェ
クタ燃料温度が低温側ではピエゾアクチュエータ１３Ａ
がボール６３を押圧するときの油圧拡大室５７の圧縮に
必要な圧縮量、および油圧拡大室５７からの燃料リーク
は少なくなって易動度が増し、ボール６３に対する付勢
力は相対的に増大する。このためインジェクタ燃料温度
が高温側に比して余裕力Ｆa は大きく、ピエゾスタック
電圧Ｖt はインジェクタ燃料温度が低いほどさらに低く
てもよい。しかして、ピエゾスタック電圧Ｖt を上記の
ごとく設定することで、さらにボール６３が高圧側シー
ト５５１に着座する時の衝撃を和らげることができる。
【００７９】また、指令充電時期および指令充電保持時
間を、検出されたインジェクタ燃料温度が前記基準温度
よりも高い場合には、その温度差に応じて、充電時期を
指令噴射時期に基づく指令値よりも進角するとともに充
電保持時間を指令噴射時間に基づく指令値よりも長くす
る。一方、検出インジェクタ燃料温度が上記基準温度よ
りも低い場合には、その温度差に応じて、充電時期を指
令噴射時期に基づく指令値よりも遅角するとともに充電
保持時間を指令噴射時間に基づく指令値よりも短くす
る。
【００８０】前記のごとくインジェクタ燃料温度が低温
ほどピエゾアクチュエータ１３Ａの易動度が大きくボー
ル６３が高圧側シート５５１に着座するまでの応答時間
も短くなるが、充電時期をインジェクタ燃料温度が低温
側ほど相対的に遅くすることでボール６３の着座時期の
ばらつきを低減することができ、噴射時期のばらつきを
低減することができる。
【００８１】また、同様に指令充電保持時間をインジェ
クタ燃料温度が低温側ほど短くすることでボール６３が
着座を保持する時間のばらつきを低減することができ、
したがって、噴射量のばらつきを低減することができ
る。
【００８２】なお、インジェクタ燃料温度は必ずしもイ
ンジェクタに取り付けた温度センサによらずとも、前記
説明より明らかなように実質的にインジェクタ内燃料温
度の指標になり得るものであればよい。
【００８３】また、要求される仕様によっては充電時
期、充電保持時間の補正は省略してもよい。
【００８４】（第４実施形態）図１３、図１４に本発明
の別のコモンレール式燃料噴射装置を示す。第２実施形
態において、制御回路で行われる制御の一部の設定を別
のものに代えたもので、図中、第１、第２実施形態と同
じ番号を付した部分については実質的に同じ作動をする
ので相違点を中心に説明する。
【００８５】図１５は、本コモンレール式燃料噴射装置
のＥＣＵ８１Ｃを構成する制御回路８１１Ｃにおいて実
行される燃料噴射の制御フローを示すもので、ステップ
Ｓ１０、Ｓ２０では第１実施形態と同様に圧力センサ８
２により検出されたコモンレール圧力を取り込み、ピエ
ゾスタック電圧Ｖt を設定する。
【００８６】ステップＳ１１０では設定噴射回数が２以
上か否かを判定する。この噴射回数は、一時に複数回連
続して噴射を行う噴射モード、すなわちメイン噴射に先
立ちパイロット噴射を行うものであれば２であり、少量
ずつ複数回に分けて噴射するマルチ噴射であればその噴
射回数であり、運転条件により設定される。
【００８７】複数回噴射を行う噴射モードであればピエ
ゾスタックの再充電開始電圧Ｖａを設定しステップＳ１
３０に進む。設定内容については後述する。また、一回
だけ噴射を行う噴射モードであればステップＳ１２０を
スキップしてステップＳ１３０に進む。
【００８８】運転条件から設定された噴射開始時期にな
ると、ステップＳ１３０でピエゾスタック６６の充電を
開始してこれを伸長せしめる。前記のごとくノズルニー
ドル６１がリフトを開始し燃料噴射が開始される。
【００８９】そして、通電時間が設定値に達すると（ス
テップＳ１４０）、ピエゾスタック６６の放電を開始す
る（ステップＳ１５０）。これによりボール６３が再び
低圧側シート５５２に着座して背圧室５３の圧力が上昇
し、ニードル閉弁開始圧力に達すると、ニードル６１は
着座方向に変位を開始する。
【００９０】一方、ピエゾスタック６６の放電開始（ス
テップＳ１５０）に続いて、噴射回数が前記設定噴射回
数に達したか否かを判断する（ステップＳ１６０）。そ
して、噴射回数が前記設定噴射回数に達していなけれ
ば、すなわち、パイロット噴射のみが実行された場合
や、マルチ噴射の最後の噴射が実行されていない場合は
ステップＳ１７０に進む。なお、１回だけ噴射を行う噴
射モードではこれで本フローは終了となる。
【００９１】以下、燃料噴射がパイロット噴射とメイン
噴射とからなる等の噴射モードにおける２回目以降の燃
料噴射について説明する。ピエゾスタック６６の放電開
始（ステップＳ１５０）により、ピエゾスタック電圧は
低下するが、ピエゾスタック電圧が前記再充電開始電圧
Ｖa に達すると（ステップＳ１７０）、ステップＳ１３
０に戻り、メイン噴射等の２回目以降の噴射が実行され
る。この場合、ステップＳ１４０における設定値は２回
目以降のそれぞれの噴射に対して設定された時間であ
る。
【００９２】そして、設定噴射回数の噴射が終了すると
（ステップＳ１６０）、本フローは終了となる。
【００９３】図１６に本燃料噴射装置における燃料噴射
制御時の装置各部の作動を示し、これにより、前記再充
電開始電圧Ｖa の設定内容とともに、本燃料噴射装置の
作動を説明する。図例はメイン噴射に先立ってパイロッ
ト噴射を行う噴射モードのものである。また、図１７に
はメイン噴射に先立ってパイロット噴射を行う時の従来
の制御を示す。図１６、図１７中、駆動パルスは、ピエ
ゾスタック６６の充電開始（「Ｌ」から「Ｈ」）と放電
開始（「Ｈ」から「Ｌ」）とを示す制御回路から駆動回
路に出力される制御信号であり、図例は、前のがパイロ
ット噴射、後のがメイン噴射のものである。
【００９４】先ず、従来の装置の制御について説明す
る。説明の便宜のため装置の各部には同じ番号を付すも
のとする。前記第２実施形態と同様にピエゾスタック６
６の充電が開始されボール６３が低圧側シート５５２か
らリフトし弁室圧力が低下する。弁室圧力がニードル開
弁開始圧力に達しニードル６１がリフトするとパイロッ
ト噴射が開始される。一方、ピエゾスタック電圧は、一
定の勾配をもって上昇し、設定電圧Ｖt に達する。
【００９５】そして、噴射信号が「Ｈ」から「Ｌ」に変
化すると、パイロット噴射を終了せしめるべくピエゾス
タック６６の放電を開始してピエゾスタック電圧が０に
なるまで放電する。一方、放電開始とともに弁室圧力が
上昇し、ニードル６１が着座方向に変位する。
【００９６】次いで、メイン噴射が行われることになる
が、これを行う最も早いタイミングはピエゾスタック電
圧が０になった直後である。図例はかかる場合のもので
あり、ピエゾスタック６６が再び充電されてメイン噴射
がなされる。
【００９７】一方、本燃料噴射装置は、前記図１５に示
す制御内容としてあるから、次のようになる。ピエゾス
タック６６の充電が開始され、ボール６３が低圧側シー
ト５５２からリフトを開始し弁室圧力が低下する。弁室
圧力がニードル開弁開始圧力に達しニードル６１がリフ
トするとパイロット噴射が開始される。一方、ピエゾス
タック電圧は設定した電圧Ｖt に達する。
【００９８】そして、パイロット噴射を終了せしめるべ
くピエゾスタック６６の放電が開始されて弁室圧力がニ
ードル閉弁開始圧力に向かって上昇する。ここで、従来
はピエゾスタック６６の放電がピエゾスタック電圧が０
になるまで行われるが、本実施形態ではピエゾスタック
電圧が０になる前でも可能である。すなわち、ピエゾス
タック電圧が再充電開始電圧Ｖa （＞０）に達すると、
再充電が開始され、ボール６３が上方変位を開始する。
これにより、再び弁室圧力が低下し、ニードル開弁開始
圧力を下回るとニードル６１がリフト方向に転じ、メイ
ン噴射期間に入る。そして予め設定した所定のメイン噴
射パルスが「Ｈ」から「Ｌ」になるとピエゾスタック６
６は放電されてメイン噴射が停止する。
【００９９】再充電開始電圧Ｖa は次のように設定され
る。図１８は発明者らが得た、インジェクタ１Ａに制御
油として導入されるコモンレール圧力と、インジェクタ
１Ａの作動状態におけるピエゾスタック電圧との関係
で、ニードル６１を開弁方向に作動せしめるには、コモ
ンレール圧力が高いほど、ボール６３を押し下げる力に
対抗する燃料圧力が高くなるため、充電によりピエゾス
タック６６に供給すべきエネルギーも大きくなって必要
なピエゾスタック電圧（噴射可能電圧）も大きくなる。
【０１００】一方、ニードル６１を閉弁方向に作動せし
めるには次のようになる。すなわち、ボール６３と低圧
側シート５５２の間の環状間隙が最大の状態、すなわち
ボール６３が高圧側シート５５１に着座状態でなくと
も、前記環状間隙の面積が、背圧室５３から低圧通路３
２への燃料のリリーフ流量が一定量以上確保し得るよう
な面積であれば、ニードル６１は開弁状態を維持する
が、ピエゾスタック６６の伸びがある程度以下となって
前記環状間隙が小さくなると前記リリーフ流量が減るた
めに背圧室５３の圧力が上昇してニードル６１は噴射を
終了する方向に動く。つまり、ニードル６１が閉弁方向
に変位するピエゾスタック電圧（噴射停止電圧）は噴射
可能電圧よりもやや低い値をとり、噴射可能電圧と同様
にコモンレール圧力が高いほど、大きな値をとる。
【０１０１】ピエゾスタック電圧が噴射可能電圧以上で
あればニードル６１はリフト方向に変位し、噴射停止電
圧以下であればニードル６１は着座方向に変位すること
になる。したがって、ピエゾスタック６６の放電を開始
すると、ピエゾスタック電圧が設定電圧Ｖt から低下
し、それが噴射停止電圧を下回るとニードル６１が着座
方向に変位する。そしてピエゾスタック電圧が前記再充
電開始電圧Ｖa になったら再充電を開始し、再び、ピエ
ゾスタック電圧が噴射可能電圧を越えると、ニードル６
１が離座方向に変位することになる。したがって、ニー
ドル６１の着座から再リフトまでをパイロット噴射間隔
とすれば、再充電開始電圧Ｖa を噴射停止電圧＞Ｖa ＞
０の範囲で設定すれば再充電開始電圧Ｖa の大きさによ
って、図例のように、パイロット噴射間隔を実質的に負
とすること、すなわちパイロット噴射からメイン噴射へ
の切り換わり時にニードル６１が着座状態にある期間を
なくすこともできる。
【０１０２】ここで、かかる制御においては次の点に注
意が必要となる。すなわち、噴射停止電圧がコモンレー
ル圧力に応じて変動することから、ピエゾスタック電圧
が０になる前に再充電をしてパイロット噴射間隔を短く
しようとすれば、例えば、噴射停止電圧が低くなるコモ
ンレール圧力が低い場合には、パイロット噴射を行おう
と再充電を行ったにも係わらず、再充電開始時のピエゾ
スタック電圧が噴射停止電圧を下回らず、パイロット噴
射がメイン噴射と分離しないということが起こり得る。
そこで、本燃料噴射装置では、予め、再充電開始電圧Ｖ
a を変えた時のニードル６１の挙動を、使用されるコモ
ンレール圧力の範囲で実験等により求めておく。そし
て、制御回路８１１Ｃは、その内蔵メモリに、コモンレ
ール圧力に対して適正な噴射特性を与える再充電開始電
圧Ｖa を対応付けるマップを記憶しておくとともに、検
出されたコモンレール圧力に応じて再充電開始電圧Ｖa
が与えられるように設定しておく。勿論、再充電開始電
圧Ｖa は噴射停止電圧以下である。
【０１０３】しかして、複数回に分けて噴射を行う噴射
モードにおいて、要求される噴射特性および検出された
コモンレール圧力に応じて再充電開始電圧Ｖa を適正に
設定することができる。これにより、駆動回路８１２に
おいてピエゾスタックの充電時における損失を低減すべ
く、充電電流を抑制して充電／放電時におけるピエゾス
タック電圧の勾配を緩やかにしてもパイロット噴射間隔
が徒に長くならず、エミッションの低減を図ることがで
きる。
【０１０４】なお、コモンレール圧力とニードル６１の
挙動についての前記実験において、ピエゾスタック６６
の放電開始からピエゾスタック電圧が再充電開始電圧Ｖ
a になるまでの時間が知られるから、ＥＣＵの制御回路
が、かかる時間のデータに基づいて、ピエゾスタック６
６の再充電開始をタイマで設定することもできる。
【０１０５】また、再充電開始電圧Ｖa はコモンレール
圧力に対して固定値とするのではなく、マップはコモン
レール圧力に対して再充電開始電圧Ｖa の上限である前
記噴射停止電圧を対応付ける内容とし、再充電開始電圧
Ｖa を、検出されたコモンレール圧力に応じた前記噴射
停止電圧以下の領域で、その時の運転条件等に応じて設
定するのもよい。
【０１０６】また、本実施形態では、ニードル６１の閉
弁開始時におけるインジェクタ１Ａの作動状態を、蓄電
量であるピエゾスタック電圧により知るようにしたが、
ニードル６１の閉弁開始時におけるインジェクタ１Ａの
作動状態が知られるものであればよく、例えば背圧室５
３の圧力の変化等でもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１のコモンレール式燃料噴射装置の
要部構成図である。
【図２】前記コモンレール式燃料噴射装置の全体構成図
である。
【図３】前記コモンレール式燃料噴射装置を構成するＥ
ＣＵにおける制御内容を示すフローチャートである。
【図４】前記コモンレール式燃料噴射装置を構成するＥ
ＣＵにおける制御内容を示すグラフである。
【図５】前記コモンレール式燃料噴射装置を構成するイ
ンジェクタの一部拡大図である。
【図６】前記コモンレール式燃料噴射装置の作動を説明
するグラフである。
【図７】本発明の第２のコモンレール式燃料噴射装置の
要部構成図である。
【図８】前記コモンレール式燃料噴射装置を構成するＥ
ＣＵにおける制御内容を示すフローチャートである。
【図９】前記コモンレール式燃料噴射装置を構成するＥ
ＣＵにおける制御内容を示す第１のグラフである。
【図１０】前記コモンレール式燃料噴射装置を構成する
ＥＣＵにおける制御内容を示す第２のグラフである。
【図１１】前記コモンレール式燃料噴射装置の作動を示
すタイムチャートである。
【図１２】本発明の第３のコモンレール式燃料噴射装置
の要部構成図である。
【図１３】本発明の第４のコモンレール式燃料噴射装置
の全体構成図である。
【図１４】前記コモンレール式燃料噴射装置の要部構成
図である。
【図１５】前記コモンレール式燃料噴射装置を構成する
ＥＣＵにおける制御内容を示すフローチャートである。
【図１６】前記コモンレール式燃料噴射装置の作動を示
すタイミングチャートである。
【図１７】前記コモンレール式燃料噴射装置と比較する
従来の装置の作動を示すタイミングチャートである。
【図１８】前記コモンレール式燃料噴射装置を構成する
ＥＣＵにおける制御内容を示すグラフである。
【符号の説明】
１，１Ａ インジェクタ １１ ノズル部 １２ 背圧制御弁（背圧増減手段） １３，１３Ａ ピエゾアクチュエータ ２ 棒状体 ３１ 高圧通路 ３２ 低圧通路 ４３ 噴孔 ５３ 背圧室 ５５ 弁室 ５５１ 高圧側シート（弁座） ５５２ 低圧側シート ６１ ニードル ６３ ボール（弁体） ６４ ピストン ６６ ピエゾスタック ６７ 小径ピストン（ピストン） ６８ 大径ピストン（ピストン） ７４ コモンレール ８１，８１Ｂ，８１Ｃ ＥＣＵ（制御手段） ８２ 圧力センサ（易動度検出手段、圧力検出手段） ８３ 温度センサ（易動度検出手段）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０２Ｄ 45/00 ３１４ Ｆ０２Ｄ 45/00 ３１４Ｓ ３６４ ３６４Ｄ Ｆ０２Ｍ 45/00 Ｆ０２Ｍ 45/00 Ａ 45/02 45/02 47/00 47/00 Ｃ Ｅ 47/02 47/02 51/00 51/00 Ｅ Ｆ 61/20 61/20 Ｎ Ｆターム(参考） 3G066 AA07 AB02 AC09 AD12 BA12 BA13 BA31 BA44 BA46 BA51 CC06T CC08T CC14 CC26 CC64T CC66 CC67 CC68U CC69 CC70 CD25 CD26 CD29 CE27 CE29 CE34 DA01 DA09 DC00 DC15 DC18 3G084 BA13 BA14 DA04 DA11 EA05 EA07 EA11 EC01 EC03 FA00 FA03 3G301 HA02 HA06 JA00 JA03 LB11 LC05 LC06 LC10 MA11 MA18 MA23 MA26 MA27 NA06 NA08 ND02 NE23 PB01Z PB03Z PB05Z PB08Z PG00Z PG02Z

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 噴孔を開閉するニードルを有しコモンレ
    ールから供給された高圧の燃料を上記噴孔から噴射する
    ノズル部と、前記燃料が導入されてニードルの背圧を発
    生せしめる背圧室と、該背圧室と低圧源の間に介設され
    た弁室内に弁体が配設され前記弁体の変位で前記背圧室
    の圧力を増減自在に構成された背圧増減手段と、前記弁
    体を駆動するピエゾアクチュエータとを有し、かつ、少
    なくとも前記ピエゾアクチュエータの充電時に前記弁体
    が着座する弁座が前記弁室に形成されてなるインジェク
    タと、 前記ピエゾアクチュエータの充放電を制御して前記背圧
    室の圧力の高低切り換えにより前記ニードルを開閉駆動
    せしめる制御手段とを具備するコモンレール式燃料噴射
    装置において、 充電時における前記ピエゾアクチュエータの易動度を検
    出する易動度検出手段を具備せしめるとともに、 前記制御手段を、検出された前記易動度が大きいほど前
    記ピエゾアクチュエータへの充電量が少なくなるように
    設定したことを特徴とするコモンレール式燃料噴射装
    置。
  2. 【請求項２】 請求項１記載のコモンレール式燃料噴射
    装置において、前記易動度検出手段を前記コモンレール
    の燃料圧力を検出する構成として、検出された燃料圧力
    が低いほど前記易動度が大きいと判断するコモンレール
    式燃料噴射装置。
  3. 【請求項３】 請求項１または２いずれか記載のコモン
    レール式燃料噴射装置において、前記ピエゾアクチュエ
    ータは、燃料が導入されピエゾスタックの伸縮で拡縮す
    るポンプ室を有し前記燃料の圧力によりピストンを駆動
    して前記弁体を押圧する構成であり、 前記インジェクタは、前記ピエゾアクチュエータが充電
    保持状態の時、燃料噴射を行う構成であるコモンレール
    式燃料噴射装置。
  4. 【請求項４】 請求項３記載のコモンレール式燃料噴射
    装置において、上記易動度検出手段を前記インジェクタ
    内の燃料の温度を検出する構成として、検出された前記
    燃料温度が低いほど易動度が大きいと判断するコモンレ
    ール式燃料噴射装置。
  5. 【請求項５】 請求項３または４いずれか記載のコモン
    レール式燃料噴射装置において、前記制御手段を、燃料
    の指令噴射時間に基づいて設定された前記ピエゾアクチ
    ュエータの充電保持時間が予め設定した充電保持時間し
    きい値よりも長い場合において、前記ピエゾアクチュエ
    ータの充電量が予め設定した充電量しきい値よりも少な
    いときには、前記ピエゾアクチュエータの充電後の経過
    時間が前記充電時間しきい値をこえると前記ピエゾアク
    チュエータに補充の充電を行うように設定し、 前記ピエゾアクチュエータの充電量が前記充電量しきい
    値よりも多いときには、前記ピエゾアクチュエータの充
    電後の経過時間が前記充電保持時間しきい値をこえた時
    に一時的にピエゾアクチュエータを放電する放電期間が
    設けられるように設定したことを特徴とするコモンレー
    ル式燃料噴射装置。
  6. 【請求項６】 請求項４または５いずれか記載のコモン
    レール式燃料噴射装置において、前記制御手段を、上記
    ピエゾアクチュータの充電時期が、検出された前記燃料
    温度が低い側では遅角し高い側では進角するように、指
    令噴射時期に基づいて設定された充電時期が補正される
    ように設定したコモンレール式燃料噴射装置。
  7. 【請求項７】 請求項４ないし６いずれか記載のコモン
    レール式燃料噴射装置において、前記制御手段を、上記
    ピエゾアクチュータの充電保持時間が、検出された前記
    燃料温度が低い側では短く高い側では長くなるように、
    指令噴射時間に基づいて設定された充電保持時間が補正
    されるように設定したコモンレール式燃料噴射装置。
  8. 【請求項８】 噴孔を開閉するニードルを有しコモンレ
    ールから供給された高圧の燃料を前記噴孔から噴射する
    ノズル部と、前記燃料が導入されてニードルの背圧を発
    生せしめる背圧室と、該背圧室と低圧源の間に介設され
    た弁室内に弁体が配設され前記弁体の変位で前記背圧室
    の圧力を増減自在に構成された背圧増減手段と、燃料が
    導入されてピエゾスタックの伸縮で拡縮するポンプ室を
    備え前記弁体を直接押圧するピストンを前記ポンプ室の
    燃料の圧力を介して駆動するピエゾアクチュエータとを
    有し、かつ、少なくとも前記ピエゾアクチュエータの充
    電時に前記弁体が着座する弁座が前記弁室に形成されて
    なるとともに、前記ピエゾアクチュエータが充電保持状
    態の時、燃料噴射を行うインジェクタと、 前記ピエゾアクチュエータの充放電を制御して前記背圧
    室の圧力の高低切り換えにより前記ニードルを開閉駆動
    せしめる制御手段とを具備するコモンレール式燃料噴射
    装置において、 前記制御手段を、指令噴射時間に基づいて設定された前
    記ピエゾアクチュエータの充電保持時間が予め設定した
    充電保持時間しきい値よりも長いときに、前記ピエゾア
    クチュエータの充電後の経過時間が前記充電保持時間し
    きい値をこえると前記ピエゾアクチュエータに補充の充
    電を行うように設定したことを特徴とするコモンレール
    式燃料噴射装置。
  9. 【請求項９】 噴孔を開閉するニードルを有しコモンレ
    ールから供給された高圧の燃料を前記噴孔から噴射する
    ノズル部と、前記燃料が導入されてニードルの背圧を発
    生せしめる背圧室と、該背圧室と低圧源の間に介設され
    た弁室内に弁体が配設され前記弁体の変位で前記背圧室
    の圧力を増減自在に構成された圧力増減手段と、燃料が
    導入されてピエゾスタックの伸縮で拡縮するポンプ室を
    備え前記弁体を直接押圧するピストンを前記ポンプ室の
    燃料の圧力を介して駆動するピエゾアクチュエータとを
    有し、かつ、少なくとも前記ピエゾアクチュエータの充
    電時に前記弁体が着座する弁座が前記弁室に形成される
    とともに、前記ピエゾアクチュエータが充電保持状態の
    時、燃料噴射を行うインジェクタと、 前記ピエゾアクチュエータの充放電を制御して前記背圧
    室の圧力の高低切り換えにより前記ニードルを開閉駆動
    せしめる制御手段とを具備するコモンレール式燃料噴射
    装置において、 前記制御手段を、指令噴射時間に基づいて設定された前
    記ピエゾアクチュエータの充電保持時間が予め設定した
    充電保持時間しきい値よりも長いときに、前記ピエゾア
    クチュエータの充電後の経過時間が前記充電保持時間し
    きい値をこえた時に一時的に前記ピエゾアクチュエータ
    を放電する放電期間を設定することを特徴とするコモン
    レール式燃料噴射装置。
  10. 【請求項１０】 噴孔を開閉するニードルを有しコモン
    レールから供給された高圧の燃料を前記噴孔から噴射す
    るノズル部と、前記燃料が導入されてニードルの背圧を
    発生せしめる背圧室と、該背圧室と低圧源の間に介設さ
    れた弁室内に弁体が配設され前記弁体の変位で前記背圧
    室の圧力を増減自在に構成された背圧増減手段と、前記
    弁体を駆動するピエゾアクチュエータとを有し、かつ、
    少なくとも前記ピエゾアクチュエータの充電時に前記弁
    体が着座する弁座が前記弁室に形成されてなるインジェ
    クタと、 前記ピエゾアクチュエータの充放電を制御して前記背圧
    室の圧力の高低切り換えにより前記ニードルを開閉駆動
    せしめる制御手段とを具備し、 かつ、前記ピエゾアクチュエータの充電と放電とを連続
    的に複数回繰り返し、１回の燃料噴射を実質的に前記複
    数回に分けて行うコモンレール式燃料噴射装置におい
    て、 前記コモンレールの圧力を検出する圧力検出手段を具備
    せしめ、 前記制御手段は、予め、コモンレール圧力と、前記ニー
    ドルの閉弁開始時以後における前記インジェクタの作動
    状態との関係を記憶し、燃料の噴射を複数回に分けて行
    う場合の前記ピエゾアクチュエータの再充電開始のタイ
    ミングを、前記インジェクタが前記作動状態になる時点
    とするように設定し、 かつ、前記作動状態には、前記ニードルの閉弁開始時か
    ら前記ピエゾアクチュエータの蓄電量が０になるまでの
    作動状態を含むことを特徴とするコモンレール式燃料噴
    射装置。
  11. 【請求項１１】 請求項１０記載のコモンレール式燃料
    噴射装置において、前記インジェクタの作動状態は前記
    ピエゾアクチュエータの蓄電量であるコモンレール式燃
    料噴射装置。
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