JP2002115616A

JP2002115616A - 燃料噴射装置

Info

Publication number: JP2002115616A
Application number: JP2000312094A
Authority: JP
Inventors: Kazuhide Watanabe; 和英渡辺; Yasuhiro Fukagawa; 康弘深川; Michiyasu Moritsugu; 通泰森次
Original assignee: Denso Corp; Nippon Soken Inc
Current assignee: Denso Corp; Soken Inc
Priority date: 2000-10-12
Filing date: 2000-10-12
Publication date: 2002-04-19
Anticipated expiration: 2020-10-12
Also published as: JP4346806B2

Abstract

(57)【要約】【課題】インジェクタ制御用の電圧を過剰に高いもの
にすることなく、インジェクタの安定した作動を得るこ
とである。【解決手段】ニードル４２１の背圧をリリーフする背
圧制御部４ｂの弁体４２３をピエゾスタック２Ａが変位
拡大室４１３の油圧を介して押圧駆動するインジェクタ
４における、ピエゾスタック２Ａの充電制御を、弁体４
２３をリフトする１回目の充電期間の後、充電停止期間
を挟んで２回目の充電期間を設けることで、充電停止期
間に圧電効果で低下したピエゾスタック電圧を弁体フル
リフト保持に必要な電圧値まで回復し、１回目の充電期
間で達するピエゾスタック２Ａのピーク電圧を抑制す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は燃料噴射装置に関
し、特にインジェクタに搭載されたピエゾアクチュエー
タの制御に関する。

【０００２】

【従来の技術】コモンレール式の内燃機関の燃料噴射装
置として、燃料噴射用のインジェクタに、燃料の噴射と
停止との切り替え制御をピエゾアクチュエータにより作
動せしめるものがある。かかるインジェクタとして、噴
孔が形成されたノズル部内のニードルの後方にコモンレ
ールから高圧燃料が導入される背圧室が形成され、背圧
室の圧力の制御を背圧制御部と前記ピエゾアクチュエー
タにより切り換える構成をとるものが知られている。背
圧制御部は、背圧室と低圧源の間に介設された弁室内に
弁体を配設して前記背圧室の圧力の高低を切り替え、ピ
エゾアクチュエータが前記弁体をピエゾスタックが充電
時にリフト方向に押圧駆動し、背圧室の圧力を低下せし
めてニードルをリフトせしめる。

【０００３】ピエゾアクチュエータの構成として、弁体
を直接押圧するピストンにピエゾスタックの押圧力が、
油圧を介して伝達する構成のものがある。例えば、弁体
側の小径のピストンとピエゾスタック側の大径のピスト
ンの間に密閉された変位拡大室が設けられ、伸縮量の小
さいピエゾスタックで弁体を大きく変位せしめる。

【０００４】ピエゾスタックは充電電流値の大きさに応
じた速度で伸長し、弁体のリフト作動において応答性を
高めるべく、電流値は十分に大きく設定される。そし
て、弁体がリフト開始後も変位拡大室に弁体の押圧に供
される圧力が蓄えられることになる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、充電量が多
くピエゾスタックの両端間電圧が高ければ、ピエゾスタ
ックに絶縁性の高いものが要求され、駆動回路を、高耐
電圧の電子部品で構成する必要がある。また、弁体のフ
ルリフトを保持し得るのであれば、ピエゾスタックの充
電は、必ずしも弁体がフルリフトに達するまで続けて行
う必要はない。その場合、ピエゾスタックの充電停止後
の弁体の変位で変位拡大室の圧力が低下し、ピエゾスタ
ックの負荷の緩和による圧電効果で、ピエゾスタックの
両端間電圧が低下する。したがって、この電圧低下分を
考慮して充電量を設定する必要があり、結局、ピエゾス
タックのピーク電圧は高いものとなり、コストアップ、
大型化という問題が生じる。

【０００６】ピエゾスタックへの充電電流を、弁体の応
答性に見合う程度に減らせば、充電完了から弁体のフル
リフトまでの変位拡大室の減圧幅が小さくなるから、ピ
エゾスタックの両端間電圧のピーク電圧値を下げること
ができるが、それでは高い応答性というピエゾスタック
の特徴が減殺されてしまう。

【０００７】本発明は前記実情に鑑みなされたもので、
ピエゾスタックの両端間電圧のピーク電圧値が過剰に高
くならず、ピエゾスタックの高応答性を損なわずにイン
ジェクタの開閉制御を行い得る燃料噴射装置を提供する
ことを目的とする。

【０００８】

【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、高圧の燃料を前記
噴孔から噴射するノズル部と、燃料が導入され前記ニー
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を配設して前記背圧室の
圧力の高低を切り替える背圧制御部と、前記弁体を直接
押圧するピストンにピエゾスタックの押圧力が油圧を介
して伝達するようになっており、前記弁体を前記ピエゾ
スタックが充電時にリフト方向に押圧駆動するピエゾア
クチュエータとを備えるインジェクタと、前記ピエゾス
タックに通電し前記ピエゾスタックの充電と放電とを行
う通電手段と、該通電手段における充電と放電とを制御
して前記背圧室の圧力を増減することにより前記ニード
ルを開閉制御する制御手段とを有する燃料噴射装置にお
いて、前記制御手段を、弁体のリフト開始からフルリフ
トまでの弁体作動期間中に、充電電流を減じて前記ピエ
ゾスタックの両端間電圧が低下する電圧低下期間を有
し、かつ、該電圧低下開始後の前記弁体作動期間中に充
電電流が流れる電圧低下開始後充電期間を有するように
設定する。

【０００９】ピエゾスタックの両端間電圧が低下を開始
する電圧低下期間の始期においてピエゾスタック電圧が
さほど高くなくとも、電圧低下開始後充電期間における
充電で、電圧低下開始後充電期間の終期のピエゾスタッ
ク両端間電圧を、弁体がフルリフト保持に必要な電圧に
対して余裕をもった電圧値とすることができる。

【００１０】また、充電電流を減じるまでは十分な充電
電流を流すことができるので、ピエゾスタックの高応答
性という特徴を活かすことができる。

【００１１】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、前記制御手段を、前記電圧低下開始後
充電期間が前記弁体のフルリフトまで続くように設定す
る。

【００１２】前記電圧低下開始後充電期間の終了後にそ
れ以上油圧が低下せず、弁体の押圧力が不足しないの
で、動作が確実である。

【００１３】請求項３記載の発明では、請求項１または
２の発明の構成において、前記制御手段を、前記ピエゾ
スタックの充電を一時的に停止して前記電圧低下期間を
設け、その後、再通電して前記電圧低下開始後充電期間
を設けるように設定する。

【００１４】ピエゾスタックの両端間電圧が一時的に低
下しても、その後の充電で回復するから、ピエゾスタッ
ク両端間電圧のピーク電圧値がさほど高くなくとも弁体
がフルリフト保持に必要な電圧に対して余裕をもった電
圧値とすることができる。

【００１５】請求項４記載の発明では、請求項１または
２の発明の構成において、前記制御手段を、前記充電電
流を前記ピエゾスタックの両端間電圧が低下する０では
ない電流値に減じて前記電圧低下期間および前記電圧低
下開始後充電期間を設けるように設定する。

【００１６】充電電流を流しながらピエゾスタックの両
端間電圧を低下せしめるので、電圧の低下速度を抑える
ことができ、ピエゾスタック両端間電圧のピーク電圧が
さほど高くなくとも弁体がフルリフト保持に必要な電圧
に対して余裕をもった電圧値とすることができる。

【００１７】また、電圧の低下速度を抑えるようにした
から、ピエゾスタック両端間電圧が低下する間、ピエゾ
スタック電圧は、常に、弁体がフルリフト保持可能な最
低電圧値に対して余裕をもった電圧値をとることができ
る。

【００１８】

【発明の実施の形態】（第１実施形態）図１、図２、図
３に本発明を適用したディーゼルエンジンのコモンレー
ル式の燃料噴射装置を示す。全体構成を示す図２におい
て、ディーゼルエンジンの気筒数分のインジェクタ４が
各気筒に対応して設けられ（図例ではインジェクタ４は
１つのみ図示）、供給ライン５５を介して連通する共通
のコモンレール５４から燃料の供給を受けるようになっ
ている。コモンレール５４には燃料タンク５１の燃料が
高圧サプライポンプ５３により圧送されて高圧で蓄えら
れる。

【００１９】インジェクタ４は、通電手段である駆動回
路１、制御手段であるＥＣＵ３、さらに圧力センサ５７
等により制御される。駆動回路１はＥＣＵ３の制御信号
を受けてインジェクタ４の後述するピエゾスタック２Ａ
（図１）を充放電し、例えば必要な時期に必要な時間だ
けインジェクタ４から各気筒の燃焼室内に略コモンレー
ル圧力に等しい噴射圧力で燃料を噴射するようになって
いる。

【００２０】圧力センサ５７はコモンレール５４に設け
られて前記コモンレール圧力を検出し、その検出結果に
基づいてＥＣＵ３が調量弁５２を制御してコモンレール
５４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適正な
噴射圧となるように制御する。

【００２１】また、コモンレール５４からインジェクタ
４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４の制御油圧等としても用いられ、インジェ
クタ４から低圧のドレーンライン５６を経て燃料タンク
５１に還流するようになっている。

【００２２】インジェクタ４の断面を示す図１におい
て、インジェクタ４は、棒状体で、図中下端部分がエン
ジンの図略の燃焼室壁を貫通して燃焼室内に突出するよ
うに取り付けられている。インジェクタ４は下側から順
にノズル部４ａ、背圧制御部４ｂ、ピエゾアクチュエー
タ４ｃとなっている。

【００２３】ノズル部４ａの本体内にはニードル４２１
がその後端部にて摺動自在に保持されており、ノズル部
４ａの先端部に形成された環状シート４０４１に着座ま
たは離座する。ニードル４２１の先端部の外周空間４０
５には高圧通路４０１を介してコモンレール５４から高
圧燃料が導入され、ニードル４２１の離座時に噴孔４０
３から燃料が噴射される。ニードル４２１にはその環状
段面４２１１に前記高圧通路４０１からの燃料圧がリフ
ト方向（上向き）に作用している。

【００２４】ニードル４２１の後方には高圧通路４０１
からインオリフィス４０７を介して制御油としての燃料
が導入されており、ニードル４２１の背圧を発生する背
圧室４０６が形成される。この背圧は、背圧室４０６に
配設されたスプリング４２２とともにニードル４２１の
後端面４２１２に着座方向（下向き）に作用する。

【００２５】前記背圧は背圧制御部４ｂで切り替えら
れ、背圧制御部４ｂはピエゾスタック２Ａを備えたピエ
ゾアクチュエータ４ｃにより駆動される。

【００２６】前記背圧室４０６はアウトオリフィス４０
９を介して常時、背圧制御部４ｂの弁室４１０と連通し
ている。弁室４１０は天井面４１０１が上向きの円錐状
に形成されており、天井面４１０１の最上部で低圧室４
１１とつながっている。低圧室４１１は、ドレーンライ
ン５６に通じる低圧通路４０２と連通している。

【００２７】弁室４１０の底面４１０２には高圧通路４
０１から分岐する高圧制御通路４０８が開口している。

【００２８】弁室４１０内には、下側部分を水平にカッ
トしたボール４２３が配設されている。ボール４２３は
上下動可能な弁体であり、下降時に、上記カット面で弁
座としての弁室底面（以下高圧側シートという）４１０
２に着座し弁室４１０を高圧制御通路４０８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）４１０１に着座し弁室４１０を前記低圧室４１
１から遮断する。これにより、ボール４２３の下降時に
は背圧室４０６がアウトオリフィス４０９、弁室４１０
を経て低圧室４１１と連通し、ニードル４２１の背圧が
低下してニードル４２１が離座する。一方、ボール４２
３の上昇時には背圧室４０６が低圧室４１１と遮断され
て高圧通路４０１のみと連通し、ニードル４２１は背圧
の上昇で着座する。

【００２９】ボール４２３はピエゾアクチュエータ４ｃ
により押圧駆動される。ピエゾアクチュエータ４ｃは低
圧室４１１の上方に上下方向に形成された縦穴４１２に
径の異なる２つのピストン４２４，４２５が摺動自在に
保持され、上側の大径のピストン４２５の上方にピエゾ
スタック２Ａが上下方向を伸縮方向として配設されてい
る。

【００３０】大径ピストン４２５はその下方に設けられ
たスプリング４２６によりピエゾスタック２Ａと当接状
態を維持しており、ピエゾスタック２Ａの伸縮量と同じ
だけ上下方向に変位するようになっている。

【００３１】小径ピストン４２４と大径ピストン４２５
と縦穴４１２とで画された空間は燃料が充填されて変位
拡大室４１３としてあり、ピエゾスタック２Ａの伸長で
大径ピストン４２５が下方変位して変位拡大室４１３の
燃料を押圧すると、その押圧力が変位拡大室４１３の燃
料を介して小径ピストン４２４に伝えられる。ここで、
小径ピストン４２４は大径ピストン４２５よりも小径と
しているので、ピエゾスタック２Ａの伸長量が拡大され
て小径ピストン４２４の変位に変換される。

【００３２】変位拡大室４１３は常時十分な燃料が満た
されるように図示しないチェック弁を介して低圧通路４
０２と通じている。チェック弁は低圧通路４０２から変
位拡大室４１３に向かう方向を順方向として設けられて
おり、ピエゾスタック２Ａの伸長により大径ピストン４
２５が押圧された時に閉じて燃料を変位拡大室４１３に
閉じ込めるようになっている。

【００３３】燃料噴射時には、先ず、ピエゾスタック２
Ａが充電されて伸長することにより、小径ピストン４２
４が下降してボール４２３を押し下げる。これにより、
ボール４２３が低圧側シート４１０１から離間するとと
もに高圧側シート４１０２に着座して背圧室４０６が低
圧通路４０２と連通するので、背圧室４０６の燃料圧が
低下する。これにより、ニードル４２１に離座方向に作
用する力が着座方向に作用する力よりも優勢となって、
ニードル４２１が離座して燃料噴射が開始される。

【００３４】噴射停止は反対にピエゾスタック２Ａを放
電することで縮小してボール４２３への押し下げ力を解
除する。この時、弁室４１０内は低圧となっており、ま
たボール４２３の底面には高圧制御通路４０８から高圧
の燃料圧力が作用しているから、ボール４２３には全体
としては上向きの燃料圧が作用している。そして、前記
ボール４２３への押し下げ力の解除により、ボール４２
３が高圧側シート４１０２から離間するとともに再び低
圧側シート４１０１に着座して弁室４１０の燃料圧力が
上昇するため、ニードル４２１が着座し噴射が停止す
る。

【００３５】前記ピエゾスタック２Ａを作動せしめる駆
動回路１を含む、本燃料噴射装置の電気回路構成を示す
図３において、車載のバッテリ１１１、ＤＣ−ＤＣコン
バータ１１２およびバッファコンデンサ１１３により直
流電源１１を構成している。ＤＣ−ＤＣコンバータ１１
２は公知の降圧チョッパ回路であり、バッテリ１１１か
ら数十〜数百Ｖの直流電圧を発生し、バッファコンデン
サ１１３にピエゾスタック２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄの充
電用の蓄電を行う。ピエゾスタック２Ｂ，２Ｃ，２Ｄは
残りの３気筒用のインジェクタ１のピエゾスタックで、
実質的にピエゾスタック２Ａと同じものである。ピエゾ
スタック２Ａ〜２Ｄにはスイッチ回路１５Ａ，１５Ｂ，
１５Ｃ，１５Ｄが１対１に対応して直列に接続され、噴
射気筒の切り替えに対応してオンしたスイッチ回路１５
Ａ〜１５Ｄに対応するピエゾスタック２Ａ〜２Ｄのみに
対し駆動回路１が機能し、充電、放電が行われる。

【００３６】バッファコンデンサ１１３からピエゾスタ
ック２Ａ〜２Ｄへの通電経路は、バッファコンデンサ１
１３とピエゾスタック２Ａ〜２Ｄの間に直列にインダク
タ１２および第１のスイッチ回路１３が設けられてな
り、第１のスイッチ回路１３のオンとオフとが切り替わ
ることで、バッファコンデンサ１１３〜インダクタ１２
〜ピエゾスタック２Ａ〜２Ｄという第１のＬＣ共振回路
が開閉する。

【００３７】また、インダクタ１２およびピエゾスタッ
ク２Ａに直列に第２のスイッチ回路１４が設けられてこ
れらにより閉回路が形成されるようになっており、第２
のスイッチ回路１４のオンとオフとが切り替わること
で、インダクタ１２〜ピエゾスタック２Ａ〜２Ｄという
第２のＬＣ共振回路が開閉する。

【００３８】第１のＬＣ共振回路は充電時に形成され、
第１のスイッチ回路１３のオン時間に応じてピエゾスタ
ック２Ａ〜２Ｄが充電する。一方、第２のＬＣ共振回路
は放電時に形成され、第２のスイッチ回路１４のオンで
ピエゾスタック２Ａ〜２Ｄが放電する。

【００３９】スイッチ回路１３，１４はＥＣＵ３からの
制御信号で作動する。ＥＣＵ３は内部で発生する二値の
噴射信号が例えば「Ｈ」になるとピエゾスタック２Ａ〜
２Ｄの充電制御を開始し、「Ｌ」になるとピエゾスタッ
ク２Ａ〜２Ｄの放電制御を開始する。

【００４０】また、ピエゾスタック２Ａ〜２Ｄの両端間
電圧（以下、単にピエゾスタック電圧という）はＥＣＵ
３でモニタされており、ＥＣＵ３は前記ピエゾスタック
２Ａ〜２Ｄの充電制御をピエゾスタック電圧に基づいて
行うようになっている。

【００４１】図４はスイッチ回路１３，１４のオンオフ
を含む本燃料噴射装置の各部の作動状態を示すタイミン
グチャートで、これにより、ＥＣＵ３におけるスイッチ
回路１３，１４の制御信号の設定とともに、本燃料噴射
装置の作動を説明する。

【００４２】噴射信号が「Ｈ」になると、第１のスイッ
チ回路１３をオンする。これにより、ピエゾスタック２
Ａ〜２Ｄに流出入する電流（以下、ピエゾスタック電流
という）が充電方向に流れる。そして、ピエゾスタック
電圧が上昇し変位拡大室４１３の圧力（変位拡大室圧
力）が上昇する。変位拡大室圧力が、ボール４２３がリ
フト可能な最低圧力（ボール作動開始圧力という）に達
すると、ボール４２３がリフトを開始するとともに背圧
室４０６が弁室４１０を介して低圧通路４０２と連通
し、背圧室４０６の圧力（以下、背圧室圧力という）が
低下する。なお、変位拡大室圧力がボール作動開始圧力
に達した時のピエゾスタック電圧を、以下、ボール作動
開始電圧という。

【００４３】この後、第１のスイッチ回路１３をオフす
る。これにより、ピエゾスタック２Ａの伸長が停止し小
径ピストン４２４のみが下降することとなって変位拡大
室圧力は低下する。この変位拡大室圧力低下でピエゾス
タック２Ａ〜２Ｄの負荷が減じられると、ピエゾスタッ
ク２Ａ〜２Ｄの圧電効果により変位拡大室圧力の低下に
応じてピエゾスタック電圧が低下する。そして、ボール
４２３をフルリフト状態に保持するのに必要な最低圧力
（以下、ボールフルリフト保持必要圧力という）に近づ
く。なお、変位拡大室圧力がボールフルリフト保持必要
圧力に達した時のピエゾスタック電圧を、以下、ボール
フルリフト保持必要電圧という。

【００４４】ピエゾスタック電圧が所定の電圧しきい値
（これはボールフルリフト保持必要電圧以上に設定され
る。図例のようにボールフルリフト保持必要電圧よりも
やや高い値とするのがよい。）に達すると、ＥＣＵ３は
これを検出して第１のスイッチ回路１３をオンする。こ
れにより、再びピエゾスタック２Ａ〜２Ｄの充電が開始
されてピエゾスタック２Ａ〜２Ｄが伸長し、ピエゾスタ
ック電圧、変位拡大室圧力が上昇に転じる。そして、予
め設定された充電時間の後、第１のスイッチ回路１３を
オフする。

【００４５】このように、ピエゾスタック２Ａ〜２Ｄの
充電は一時停止期間を挟んで２回行われるが、第１回の
充電期間の長さはピエゾスタック電圧がボール作動開始
電圧よりもやや高い電圧まで達するように設定される。

【００４６】また、第２回の充電期間の長さはボール４
２３が略フルリフトに達する時間に設定され、ボール４
２３がフルリフト状態となった時、ピエゾスタック電圧
が確実にボールフルリフト保持必要電圧以上となるよう
にしてある。

【００４７】このように、充電の一時的な停止でピエゾ
スタック電圧が低下を開始した後で、電圧低下開始後充
電期間である第２回の充電期間を設けることで、ピエゾ
スタック電圧がさほど高いピーク電圧値をとることな
く、変位拡大室圧力がボールフルリフト保持必要圧力よ
りも十分に高い圧力に固定されることになる。

【００４８】一方、変位拡大室圧力がボール作動開始圧
力に達した後には、ノズル部４ａにおいては、背圧室４
０６の圧力（以下、背圧室圧力という）が低圧通路４０
２にリリーフされて背圧室圧力が低下し、背圧室圧力が
ニードル４２１が開弁を開始する圧力（以下、ニードル
開弁開始圧力という）に達すると、ニードル４２１は開
弁し、噴射が開始される。

【００４９】また、噴射信号が「Ｈ」から「Ｌ」になる
と、第２のスイッチ回路１４をオンし、ピエゾスタック
２Ａ〜２Ｄを放電して縮小することにより、変位拡大室
圧力が低下してボール４２３の押し下げ力が解除され、
ボール４２３は再び低圧側シート４１０１に着座する。
そして、背圧室圧力が再び高圧に復帰してニードル４２
１が閉弁し、燃料噴射が停止する。

【００５０】なお、噴射信号とニードル４２１の開弁期
間にずれがあるが、これが噴射信号の「Ｈ」出力時期お
よび長さにオフセット補正を加えることで所望の燃料噴
射が得られるのは勿論である。

【００５１】ここで、本燃料噴射装置のごとくピエゾス
タックへの充電経路がＬＣ共振回路を構成する従来の燃
料噴射装置の作動と比較しながら、本発明が奏する格別
の効果について説明する。図４には従来装置の各部の作
動状態を併せて示している。なお、説明の便宜のため本
燃料噴射装置と実質的に同じ構成については同じ番号を
付すものとする。

【００５２】従来装置においてはピエゾスタック２Ａ〜
２Ｄの充電の期間が単純にスイッチ回路１３のオン期間
で規定されるから、変位拡大室圧力としてボールフルリ
フト保持必要圧力よりも十分に高い圧力を得るために
は、図４より知られるように、本燃料噴射装置の場合よ
りもピエゾスタック電圧が相当程度高い値をとってから
充電を終了しなければならない。これに対して本発明で
は、電圧低下期間の後、再び電圧低下開始後充電期間を
設けてピエゾスタック電圧を回復させているから、ピエ
ゾスタック電圧のピーク値をさほど高くすることなくボ
ールフルリフト保持必要電圧を維持することができる。
この結果、ピエゾスタック２Ａ〜２Ｄの絶縁性にはさほ
ど酷な仕様は要求されない。また、ピエゾスタック２Ａ
〜２Ｄをあまり高い電圧まで充電しないから、駆動回路
１は高電圧まで出力可能である必要はなく、したがっ
て、高耐電圧の部品で構成する必要もない、これらのこ
とがコスト低減につながる。

【００５３】（第２実施形態）第１の実施形態では、充
電の再開のタイミングをピエゾスタック電圧の検出結果
に基づいておこなっているが、別の手段を用いることも
できる。図５にかかる手段を採用した燃料噴射装置の一
部を示す。インジェクタ４Ａは、第１の実施形態と基本
的に同じ構成を有している。そして、大径ピストン４２
５とピエゾスタック２Ａの間に円盤状の荷重センサ４３
１が挟んであり、ピエゾスタック２Ａの大径ピストン４
２５に対する押圧荷重を検出するようになっている。こ
れにより、変位拡大室圧力が知られる。なお、荷重セン
サ４３１には、例えば圧電式のものが用いられ得る。

【００５４】また、ＥＣＵ３Ａは、第１の実施形態と基
本的に同じ構成を有しており、相違点は、前記変位拡大
室圧力の検出結果を前期電圧しきい値に対応する圧力し
きい値と比較して充電の一時停止期間の終期を与えるよ
うにした点である。

【００５５】なお、充電の一時停止期間の終期は、第
１、第２実施形態のピエゾスタック電圧や変位拡大室圧
力ではなく、単に、タイマのカウント時間で設定しても
よい。また、第１回充電期間、一時停止期間、第２回充
電期間を前記タイマによる制御とする場合、コモンレー
ル圧力に応じて可変とするのもよい。コモンレール圧力
によりボール４２３への上向き作用力が異なるからであ
る。

【００５６】あるいは、スイッチ回路１３のすべてのオ
ンオフタイミングについて、検出したピエゾスタック電
圧や変位拡大室圧力を予め設定したしきい値と比較する
ことで行う構成でもよい。

【００５７】（第３実施形態）図６に本発明の第３実施
形態になる燃料噴射装置の電気構成を示す。第１実施形
態において電気構成を別の構成に代えたもので、図中、
第１実施形態と同じ番号を付した部分は第１実施形態と
実質的に同じ作動をするので第１実施形態との相違点を
中心に説明する。

【００５８】バッファコンデンサ１１３からピエゾスタ
ック２Ａ〜２Ｄへの通電経路は、バッファコンデンサ１
１３とピエゾスタック２Ａ〜２Ｄの間に直列にインダク
タ１２および第１のスイッチ回路１３Ｂが設けられてな
り、第１のスイッチ回路１３Ｂはスイッチ本体（以下、
適宜、第１のスイッチ本体という）１３１に並列にダイ
オード（以下、適宜、第１のダイオードという）１３２
が接続されている。第１のダイオード１３２の向きはバ
ッファコンデンサ１１３の両端間電圧に対して逆バイア
スとなるように設定されている。

【００５９】また、インダクタ１２とピエゾスタック２
Ａ〜２Ｄの間には直列に第２のスイッチ回路１４Ｂが設
けてある。第２のスイッチ回路１４はスイッチ本体（以
下、適宜、第２のスイッチ本体という）１４１に並列に
ダイオード（以下、適宜、第２のダイオードという）１
４２が接続されており、第２のダイオード１４２の向き
はバッファコンデンサ１１３の電圧に対して逆バイアス
となるように設定されている。

【００６０】スイッチ回路１３Ｂ，１４ＢはＥＣＵ３Ｂ
からの制御信号で作動する。ＥＣＵ３Ｂは、第１実施形
態と同様に、噴射気筒に対応するピエゾスタック２Ａ〜
２Ｄに対応する選択用スイッチ回路１５Ａ〜１５Ｄをオ
ンしておくとともに、内部で発生する二値の噴射信号に
よりピエゾスタック２Ａ〜２Ｄの充電と放電とを行うよ
うになっている。充電と放電とは、スイッチ回路１３
Ｂ，１４Ｂへの制御信号を短周期でパルス状に繰り返し
オンオフする複数スイッチング方式でおこなわれる。ま
た、スイッチ回路１３Ｂ，１４Ｂには、ＭＯＳＦＥＴ等
が用いられ得、その場合、ダイオード１３２，１４２は
ＭＯＳＦＥＴの寄生ダイオードにより構成することがで
きる。

【００６１】図７はスイッチ回路１３Ｂ，１４Ｂのオン
オフを含む本燃料噴射装置の各部の作動状態を示すタイ
ミングチャートで、これにより、ＥＣＵ３Ｂにおけるス
イッチ回路１３Ｂ，１４Ｂの制御信号の設定とともに、
本燃料噴射装置の作動を説明する。

【００６２】噴射信号が「Ｈ」になると、第１のスイッ
チ回路１３Ｂを短周期で繰り返しオンオフする。このオ
ン期間にバッファコンデンサ１１３〜第１のスイッチ本
体１３１〜インダクタ１２〜ピエゾスタック２Ａ〜２Ｄ
〜選択用スイッチ回路１５Ａ〜１５Ｄという経路で漸増
する充電電流が流れ、ピエゾタック２Ａ〜２Ｄが充電さ
れるとともにインダクタ１２に電磁エネルギーが蓄積さ
れる。そして、オフ期間に、インダクタ１２に蓄積され
た前記電磁エネルギーにより、インダクタ１２〜選択用
スイッチ回路１５Ａ〜１５Ｄ〜第２のダイオード１４２
という経路で漸減する充電電流が流れ、ピエゾスタック
２Ａ〜２Ｄが充電される。これを繰り返して充電量が増
大し第１実施形態と同様にピエゾスタック電圧が上昇し
ていく。そして変位拡大室圧力が上昇し、ボール作動開
始圧力に達すると、ボール４２３がリフトを開始すると
ともに、背圧室圧力が低下する。

【００６３】かかる複数スイッチング方式の場合、オン
期間の長さに応じて電流値が大きくなり、ＥＣＵ３Ｂは
通電停止状態を除きオン期間の長さとして長短二値をと
ることができ、ＥＣＵ３Ｂは第１のスイッチ回路１３Ｂ
のオン期間の長さを短い値に設定し充電電流値を０では
ない値に下げる。この電流値は、ボール４２３のリフト
でピエゾスタック電圧が低下する方向の作用が、充電で
ピエゾスタック電圧が上昇する方向の作用よりも優勢と
なるように、すなわち、ピエゾスタック電圧が低下する
ように設定される。

【００６４】また、この電流値は、ボール４２３のリフ
トで変位拡大室圧力を減じる方向の作用が、充電で伸長
するピエゾスタック２Ａ〜２Ｄが変位拡大室圧力を減じ
る方向の作用よりも優勢となるように、すなわち、変位
拡大室圧力が低下するように設定される。そして、ボー
ル４２３がフルリフトした時に変位拡大室圧力がボール
フルリフト保持必要圧力以上であるように設定される。

【００６５】しかして、変位拡大室圧力は低下しボール
フルリフト保持必要圧力に近づく。

【００６６】また、充電電流を減じるタイミング、した
がって、大電流での充電期間の長さは、充電期間の終期
においてピエゾスタック電圧がボール作動開始電圧以上
となるように設定される。

【００６７】そして、予め設定された小電流による充電
期間の後、第１のスイッチ回路１３Ｂをオフに固定す
る。この小電流による充電期間の長さはボール４２３が
略フルリフトに達する時間に設定され、ボール４２３が
フルリフト状態で、ピエゾスタック電圧が確実にボール
フルリフト保持必要電圧以上となるようにする。

【００６８】このように、充電電流を、ピエゾスタック
電圧および変位拡大室圧力が低下し得る０ではない電流
値に減じることで、ピエゾスタック電圧がさほど高いピ
ーク電圧をとることなく、変位拡大室圧力がボールフル
リフト保持必要圧力よりも十分に高い圧力に固定される
ことになる。

【００６９】また、噴射信号が「Ｈ」から「Ｌ」になる
と、第２のスイッチ回路１４Ｂを前記第１のスイッチ回
路１３Ｂのごとく、オンオフを繰り返す。これにより、
オン期間にはピエゾスタック２Ａ〜２Ｄ〜インダクタ１
２〜第２のスイッチ本体１４１〜選択用スイッチ回路１
５Ａ〜１５Ｄという経路で電流が流れピエゾスタック２
Ａ〜２Ｄは放電する。オフ期間にはピエゾスタック２Ａ
〜２Ｄ〜インダクタ１２〜第１のダイオード１３２〜バ
ッファコンデンサ１１３〜選択用スイッチ回路１５Ａ〜
１５Ｄという経路で電流が流れ、バッファコンデンサ１
１３に電荷が回収される。回収された電荷は次の気筒の
燃料噴射制御に供される。

【００７０】しかして、ピエゾスタック２Ａ〜２Ｄが放
電して縮小することにより、変位拡大室圧力が低下して
ボール４２３の押し下げ力が解除され、ボール４２３は
再び低圧側シート４１０１に着座する。そして、背圧室
圧力が再び高圧に復帰してニードル４２１が閉弁し、燃
料噴射が停止する。

【００７１】ここで、充電経路が本燃料噴射装置のごと
く複数スイッチング方式の従来の燃料噴射装置の作動と
比較しながら、本発明が奏する格別の効果について説明
する。図７には従来装置の各部の作動状態を併せて示し
ている。なお、説明の便宜のため本燃料噴射装置と実質
的に同じ構成については同じ番号を付すものとする。

【００７２】従来装置においてはピエゾスタック２Ａ〜
２Ｄの充電の期間が単純にスイッチ回路１３の作動期間
で規定されるから、変位拡大室圧力としてボールフルリ
フト保持必要圧力よりも十分に高い圧力を得るために
は、図７より知られるように、本燃料噴射装置の場合よ
りもピエゾスタック電圧が相当程度高い値をとってから
充電を終了しなければならない。これに対して本発明で
は、電圧低下期間を、充電を続けながら緩い速度でピエ
ゾスタック電圧が低下するようにしたから、ピエゾスタ
ック電圧のピーク値をさほど高くすることなくボールフ
ルリフト保持必要電圧を維持することができる。この結
果、ピエゾスタック２Ａ〜２Ｄの絶縁性にはさほど酷な
仕様は要求されない。また、ピエゾスタック２Ａ〜２Ｄ
をあまり高い電圧まで充電しないから、駆動回路１Ｂは
高電圧まで出力可能である必要はなく、したがって、高
耐電圧の部品で構成する必要もない、これらのことがコ
スト低減につながる。

【００７３】なお、本実施形態では大電流による充電の
期間と小電流による充電の期間とを時間で設定している
が、大電流から小電流への切り替えのタイミングや小電
流充電の停止のタイミングを、ピエゾスタック電圧や変
位拡大室の圧力を検出して、その検出結果をそれぞれの
しきい値と比較することで設定してもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した第１の燃料噴射装置の一部の
断面図である。

【図２】前記燃料噴射装置の全体構成図である。

【図３】前記燃料噴射装置の電気構成を示す回路図であ
る。

【図４】前記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５】本発明を適用した第２の燃料噴射装置の一部の
断面図である。

【図６】本発明を適用した第３の燃料噴射装置の電気構
成を示す回路図である。

【図７】前記燃料噴射装置の作動を示すタイミングチャ
ートである。

【符号の説明】

１，１Ｂ駆動回路（通電手段）２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄピエゾスタック３，３Ａ，３ＢＥＣＵ（制御手段）４，４Ａインジェクタ４ａノズル部４ｂ背圧制御部４ｃピエゾアクチュエータ４０３噴孔４０６背圧室４１０弁室４１３変位拡大室４２１ニードル４２３ボール（弁体）５１燃料タンク（低圧源）４２４小径ピストン（ピストン）４２５大径ピストン

───────────────────────────────────────────────────── 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）Ｆ０２Ｍ 51/00 Ｆ０２Ｍ 51/00 ＡＥ 61/20 61/20 ＮＨ０１Ｌ 41/09 Ｈ０１Ｌ 41/08 Ｕ 41/083 Ｎ (72)発明者深川康弘愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地株式会社日本自動車部品総合研究所内 (72)発明者森次通泰愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地株式会社日本自動車部品総合研究所内Ｆターム(参考） 3G066 AA07 AB02 AC09 AD12 BA19 BA61 BA63 CC06T CC08T CC14 CC64T CC66 CC67 CC68U CC70 CE27 DC18 3G301 HA02 HA06 JA03 LB11 LC05 LC10 PB08Z

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】噴孔を開閉するニードルを有し、高圧の
燃料を前記噴孔から噴射するノズル部と、燃料が導入さ
れ前記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を配設して前
記背圧室の圧力の高低を切り替える背圧制御部と、前記
弁体を直接押圧するピストンにピエゾスタックの押圧力
が油圧を介して伝達するようになっており、前記弁体を
前記ピエゾスタックが充電時にリフト方向に押圧駆動す
るピエゾアクチュエータとを備えるインジェクタと、前記ピエゾスタックに通電し前記ピエゾスタックの充電
と放電とを行う通電手段と、該通電手段における充電と放電とを制御して前記背圧室
の圧力を増減することにより前記ニードルを開閉制御す
る制御手段とを有する燃料噴射装置において、前記制御手段を、弁体のリフト開始からフルリフトまで
の弁体作動期間中に、充電電流を減じて前記ピエゾスタ
ックの両端間電圧が低下する電圧低下期間を有し、か
つ、該電圧低下開始後の前記弁体作動期間中に充電電流
が流れる電圧低下開始後充電期間を有するように設定し
たことを特徴とする燃料噴射装置。
【請求項２】請求項１記載の燃料噴射装置において、
前記制御手段を、前記電圧低下開始後充電期間が前記弁
体のフルリフトまで続くように設定した燃料噴射装置。
【請求項３】請求項１または２いずれか記載の燃料噴
射装置において、前記制御手段を、前記ピエゾスタック
の充電を一時的に停止して前記電圧低下期間を設け、そ
の後、再通電して前記電圧低下開始後充電期間を設ける
ように設定した燃料噴射装置。
【請求項４】請求項１または２いずれか記載の燃料噴
射装置において、前記制御手段を、前記充電電流を前記
ピエゾスタックの両端間電圧が低下する０ではない電流
値に減じて前記電圧低下期間および前記電圧低下開始後
充電期間を設けるように設定した燃料噴射装置。