JP2002371896A

JP2002371896A - 内燃機関の噴射制御装置

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Publication number: JP2002371896A
Application number: JP2001179843A
Authority: JP
Inventors: Hidetsugu Takemoto; 英嗣竹本; Hideo Naruse; 英生成瀬; Toshio Kondo; 利雄近藤
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2001-06-14
Filing date: 2001-06-14
Publication date: 2002-12-26
Anticipated expiration: 2021-06-14
Also published as: JP4389411B2

Abstract

(57)【要約】【課題】燃料噴射装置のピエゾインジェクタを用いた
コモンレール圧の減圧を、誤噴射等を生じることなく、
精度よく実施する。【解決手段】インジェクタ１は、ノズルニードル１３
に作用する制御室１５と低圧流路４３の間を３方弁８の
弁体８４が開閉して燃料を噴射する構成であり、ＥＣＵ
５は、減圧判定回路から減圧信号が出力された時に、充
電電圧・充電電流可変回路で設定される充電電圧・充電
電流を、通常噴射時よりも低くする。これに従い、噴射
弁通電処理回路がピエゾスタック２１に充電すると、弁
体８４は低圧ポート８１ａと高圧ポート８２ａの中間位
置となり、制御室１５の圧力は噴射開始圧に保持され
て、燃料リークのみを発生し、噴射を生じることなくコ
モンレール圧を減圧する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関のコモン
レール式燃料噴射装置に関し、詳しくは、ピエゾインジ
ェクタを用いた燃料噴射装置の減圧機構に関する。

【０００２】

【従来の技術】ディーゼル機関のコモンレール式燃料噴
射装置では、各気筒に共通の蓄圧室（コモンレール）を
設けて、高圧ポンプから圧送される高圧燃料を蓄圧して
いる。この装置では、コモンレール圧、水温、エンジン
回転数といった機関の運転状態に応じて、高圧ポンプか
らコモンレールへの圧送量を調整し、コモンレールの燃
料圧を目標圧力に制御するとともに、上記運転状態に基
づいて燃料噴射量を算出し、所定のタイミングでインジ
ェクタから各気筒に噴射供給している。この時、燃料噴
射圧力（コモンレールの燃料圧）が適正でないと、燃費
や排気浄化性能が低下したり、騒音等が発生する。これ
を防止するため、例えば、特開平２−１９１８６５号に
記載されるような、燃料噴射圧力の調整手段を備えた装
置が提案されている。

【０００３】コモンレール圧の調整は、通常、昇圧時に
はコモンレールへの圧送量を燃料噴射量より増量し、減
圧時には燃料噴射量より減量ないし圧送を停止すること
によって行われる。ところが、例えば、急減速した後、
再びアクセルを操作したり、機関の停止直後に再始動し
た場合には、燃料噴射が休止されて燃料が消費されない
ために、コモンレール圧が目標圧力まで低下せず、次の
操作時に目標圧力より高い圧力の燃料が噴射されてしま
う。これが上記不具合の原因になることから、特開平２
−１９１８６５号の装置では、インジェクタを開閉する
電磁弁を、電磁弁の開弁からノズルニードルが実際に噴
孔を開放するまでの遅延時間（無効噴射期間）より短い
時間幅で駆動する「空打ち」を行って減圧する。電磁弁
の開弁により、コモンレール内の高圧燃料が低圧側へ溢
流するので、燃料噴射を行うことなく、コモンレール圧
を速やかに降下させることができる。

【０００４】一方、インジェクタには、従来より特開平
２−１９１８６５号の装置で使用しているようなソレノ
イド駆動式のインジェクタが使用されているが、近年、
これに代えて、より応答性に優れるピエゾ駆動式のイン
ジェクタを用いることが検討されている。ピエゾ駆動式
のインジェクタは、インジェクタの開閉を、電圧の印加
により伸縮する圧電素子を利用したピエゾ弁で行うもの
で、印加電圧に応じた伸縮量を速やかに発生して弁体を
駆動させることができるため、燃料噴射の制御性を向上
させることが期待される。

【０００５】ところが、ピエゾ駆動式のインジェクタ
は、その特徴である高応答性のため、無効噴射期間がソ
レノイド駆動式のインジェクタに比べてはるかに短い。
このため、無効噴射期間よりも短い時間幅でピエゾ弁を
開閉動作させる「空打ち」駆動は実現困難であった。ま
た、「空打ち」駆動では、大量のリークが難しいことか
ら、コモンレール等の高圧部に燃料逃がし弁を設置する
技術も知られるが、燃料逃がし弁を新設する必要があ
り、搭載性およびコスト面で不利であった。

【０００６】そこで、ピエゾ駆動式のインジェクタを用
いて、コモンレール圧の減圧調整を行う手段として、ピ
エゾアクチュエータへ注入する電気エネルギーを通常噴
射時より低く設定し、ピエゾアクチュエータの伸長に伴
い変位する弁体の開度を半開位置に調整することによ
り、噴射を発生させずに燃料のリークを発生させる方法
が検討されている。この方法によれば、燃料逃がし弁を
設置することなく、十分な減圧を得ることが期待でき
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記方
法では、弁体を所定の開度に調整するために、ピエゾア
クチュエータの伸長量を数μｍの単位で調整することが
要求される。しかも、弁体の位置は、ピエゾアクチュエ
ータの発生力と弁体に作用する油圧、つまり、コモンレ
ール圧のバランスで決まるため、燃料のリークに伴いコ
モンレール圧が低下すると、弁体に作用する力のバラン
スが変化して誤噴射を生じる等のおそれがあった。

【０００８】本発明は上記実情に鑑みてなされたもの
で、ピエゾインジェクタを用いた燃料噴射装置におい
て、コモンレール圧の減圧要求時に、弁体の開度を適切
に調整して必要なリーク量を確保することができ、ま
た、コモンレール圧の変化等により誤噴射等を生じるこ
とがなく、精度よい減圧を実施可能な燃料噴射装置を提
供することを目的とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１の内燃機関の燃
料噴射装置は、高圧ポンプから圧送される高圧燃料を蓄
える蓄圧室と、該蓄圧室内の高圧燃料を内燃機関の気筒
に噴射するピエゾ駆動式のインジェクタと、機関の運転
状態に応じて上記高圧ポンプと上記インジェクタの駆動
を制御する制御部を備えている。上記インジェクタは、
噴孔を開放するノズルニードルと、上記蓄圧室から供給
される燃料の圧力を上記ノズルニードルに作用させる制
御室と、上記制御室とリーク流路の間を開閉することに
より上記制御室の圧力を増減する制御弁と、所定電圧を
印加することにより伸長して上記制御弁を開弁駆動し、
充電された電圧を放電することにより収縮して上記制御
弁を閉弁駆動するピエゾ駆動部とを有して、上記制御弁
の駆動に伴い上記ノズルニードルが開弁して上記蓄圧室
から供給される燃料を噴射する構成であり、上記制御部
は、内燃機関の運転状態に基づき、上記蓄圧室内の燃料
圧力を低下させるべき減圧条件が成立しているか否かを
判定する減圧判定手段と、上記減圧判定手段により減圧
条件が成立していると判定された時に、上記ピエゾ駆動
部に通常噴射時より低い電圧を印加して上記制御弁を半
開させ、上記蓄圧室から供給される燃料を上記リーク流
路へ溢流させて上記蓄圧室内の燃料圧力を低下させる減
圧手段と上記減圧手段により上記ピエゾ駆動部に印加さ
れる電圧を、上記制御弁がシート位置を離れかつ上記ノ
ズルニードルが閉弁を維持するように上記蓄圧室内の燃
料圧力に基づいて設定し、この設定電圧を、上記蓄圧室
内の燃料圧力変化に応じて設定変更する印加電圧調整手
段とを備えている。

【００１０】本発明では、上記印加電圧調整手段によ
り、減圧要求時に上記ピエゾ駆動部に印加する電圧を上
記蓄圧室内の燃料圧力を基に設定し、かつ圧力変化に応
じて適時設定変更されるようにしたので、上記減圧手段
の作動に伴い上記蓄圧室内の燃料圧力が低下しても、上
記制御弁を常に所定の半開位置に保持することができ
る。従って、誤噴射等を生じることなく、必要なリーク
量を確保し、高精度な減圧制御を実施することができ
る。

【００１１】請求項２の構成では、所定時期に上記蓄圧
室内の燃料圧力を検出する圧力検出手段を設けるととも
に、上記印加電圧調整手段による上記ピエゾ駆動部への
印加電圧の設定変更を、上記圧力検出手段による燃料圧
力の検出時期に同期して実施するものとする。

【００１２】例えば、内燃機関のクランク角信号等に基
づく所定のタイミングで燃料圧力を検出し、これに同期
させて上記ピエゾ駆動部への印加電圧の設定値を変更す
るようにすれば、上記制御弁を、常に、上記蓄圧室内の
燃料圧力に応じた最適な位置に調整することができ、上
記減圧手段による減圧を効果的に行うことができる。

【００１３】あるいは、請求項３のように、上記印加電
圧調整手段による上記ピエゾ駆動部への印加電圧の設定
変更を、所定時間毎に実施することもできる。このよう
に、時間経過に伴い上記制御弁の位置が調整される場合
には、減圧速度を内燃機関の回転数によらず一定にする
ことができる利点がある。

【００１４】請求項４の構成では、上記印加電圧調整手
段が、上記ピエゾ駆動部に電圧を印加する際に上記ピエ
ゾ駆動部へ流れる電流値を通常噴射時よりも低くする手
段を有するものとする。

【００１５】例えば、複数スイッチング方式で上記ピエ
ゾ駆動部に電圧を印加する場合、通電を数回に分けて行
うが、所定の設定電圧に精度よく到達させるには、一回
当たりの電圧上昇量が小さい方がよい。そこで、減圧要
求時には、上記印加電圧調整手段によって、一回に通電
される電流を通常噴射時よりも低く設定することで、よ
り精度よく印加電圧を制御することができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明を多気筒ディーゼル
機関（以下、エンジンと称する）のコモンレール式燃料
噴射装置に適用した一実施の形態について説明する。図
１（ａ）はコモンレール式燃料噴射装置の全体構成図
で、エンジンの各気筒に燃料を噴射供給する複数のピエ
ゾ駆動式のインジェクタ１（図にはその１つを示す）
と、各インジェクタ１に供給される燃料を蓄圧する蓄圧
室としてのコモンレール３と、コモンレール３に高圧燃
料を圧送する高圧ポンプ６と、これらをエンジンの運転
状態に応じて制御する制御部としての電子制御装置（以
下、ＥＣＵと称する）５とを備えている。インジェクタ
１は、高圧配管３１によってコモンレール３に、リーク
配管４１によって燃料タンク７にそれぞれ連結してい
る。また、コモンレール３は、高圧配管３２によって高
圧ポンプ６に、リーク配管４２によって燃料タンク７に
それぞれ連結される。

【００１７】図１（ｂ）は、インジェクタ１の詳細構成
を示す図で、インジェクタ１のハウジング１１は、下半
部内にシリンダ１２を設けてノズルニードル１３を摺動
自在に収容しており、ノズルニードル１３が上方に移動
するとハウジング１１下端の噴孔１４が開放されて燃料
が噴射される。シリンダ１２上端部には、ノズルニード
ル１３に閉弁方向の圧力を与える制御室１５が形成され
ており、この制御室１５の圧力が増減するのに伴ってノ
ズルニードル１３がシリンダ１２内を上下動する。ま
た、制御室１５内には、ノズルニードル１３を閉弁方向
に付勢するスプリング１７が配設されている。ノズルニ
ードル１３は、下半部をやや小径としてシリンダ１２と
の間に燃料溜まり１６となる環状空間を形成しており、
燃料溜まり１６内の燃料によって開弁方向の圧力を受け
ている。燃料溜まり１６は、高圧配管３１に接続される
高圧流路３３に連通し、噴孔１４に燃料を供給する。

【００１８】ハウジング１１の中間部内には、制御室１
５の油圧を増減する制御弁としての３方弁８が設けられ
ている。３方弁８は、上端部に低圧ポート８１を、下端
部に高圧ポート８２を有する弁室８３内に、ボール状の
弁体８４を配してなり、弁室８３は連通路８５を介して
常時制御室１５と連通している。低圧ポート８１は、リ
ーク配管４１に接続される低圧流路４３に、高圧ポート
８２は高圧流路３３に連通しており、弁体８４のシート
位置を切り換えることによって、制御室１５が低圧流路
４３または高圧流路３３に連通する。すなわち、弁体８
４が上方の低圧シート８１ａに着座して低圧ポート８１
を閉鎖すると、高圧流路３３から弁室８３を介して流入
する高圧燃料によって制御室１５の圧力が上昇し、弁体
８４が下方の高圧シート８２ａに着座して高圧ポート８
２を閉鎖すると、制御室１５から低圧流路４３に燃料が
溢流して圧力が低下する。

【００１９】３方弁８は、ハウジング１１の上半部内に
収容されるピエゾ駆動部としてのピエゾアクチュエータ
２によって駆動される。ピエゾアクチュエータ２は、平
板状の圧電体を多数積層してなるピエゾスタック２１
と、その下端面に当接してシリンダ２５内を摺動するピ
エゾピストン２２を備えている。ピエゾスタック２１は
電荷の注入により伸長し、電荷の除去により収縮するも
ので、上端から延びるリード線２６を介してＥＣＵ５に
接続される。ピエゾピストン２２は、下端面より突出す
るロッド２３を有し、ピエゾスタック２１の伸縮に伴い
ピエゾピストン２２が一体に上下動すると、ロッド２３
が３方弁８の弁体８４を駆動する。ピエゾスタック２１
の伸長量は印加電圧に比例するので、印加電圧を調整す
ることによって弁体８４の位置を調整することができ
る。

【００２０】図１（ｂ）は、ピエゾスタック２１が収縮
し、ピエゾピストン２２とともに弁体８４が上昇して低
圧ポート８１を閉鎖している初期状態を示し、制御室１
５の圧力とスプリング１６の付勢力でノズルニードル１
３が下降し、インジェクタ１は閉弁状態にある。なお、
シリンダ２５の下端部内には、ロッド２３周りに皿ばね
２４が配設されてピエゾピストン２２およびピエゾスタ
ック２１を上方（収縮方向）に付勢している。

【００２１】制御部であるＥＣＵ５は、図１（ａ）に示
すように、エンジンを制御するためのプログラムを実行
するＣＰＵと、ＣＰＵからの指令に応じて各インジェク
タ１のピエゾアクチュエータ２や高圧ポンプ６等を駆動
するコントローラ（制御回路）を有している。ＣＰＵに
は、クランク軸回転角度、エンジン回転数、アクセル開
度、冷却水温等を検出する図略の各種センサ、およびコ
モンレール圧力を検出する圧力検出手段である圧力セン
サＳからの信号が入力され、これらセンサからの信号に
基づいてエンジンの運転状態を検出する。そして、エン
ジンが最適な燃焼状態となるようにコモンレール３の目
標圧力を算出し、この目標値と実際のコモンレール圧力
が一致するように、高圧ポンプ６に圧送指令信号を出力
して、公知のコモンレール圧力のフィードバック制御を
行う。

【００２２】一方、ＥＣＵ５は、上記検出した運転状態
に基づき、所定のタイミングでインジェクタ１を駆動し
てエンジンへの燃料噴射を制御する。図２は、インジェ
クタ１を駆動するための制御ブロック図で、ＣＰＵに
は、通常の噴射駆動時における目標の燃料噴射量と噴射
時期を算出して噴射信号を出力する噴射量・時期演算回
路が設けられている。ＣＰＵから噴射信号が所定の時期
に出力されると、コントローラの噴射弁通電処理回路を
経由して所定のインジェクタ１が通電駆動され、エンジ
ンの気筒に燃料を噴射する。この際、コントローラの充
電電圧・充電電流可変回路は、インジェクタ１のピエゾ
アクチュエータ２へ充電される電圧値を設定し、さら
に、設定電圧値に達するまでの時間を調整するために、
一回の充電動作時に駆動回路からピエゾアクチュエータ
２へ流れる電流値を設定する。

【００２３】通常の噴射駆動時には、ピエゾアクチュエ
ータ２の駆動からノズルニードル１３が開弁するに至る
までの無効噴射期間をできるだけ短くして速やかに燃料
噴射が行われ、かつ噴射安定性が確保されるように、充
電電圧値は十分に高く、かつ充電電流値は回路発熱によ
る不具合を伴わない程度に高く設定される。噴射弁通電
処理回路は、噴射信号に従ってピエゾアクチュエータ２
への充電を開始し、充電電圧・充電電流可変回路で設定
された電流で充電するとともに、設定された電圧で充電
が完了するように通電を制御して、インジェクタ１を噴
射駆動する。

【００２４】さらに、ＥＣＵ５は、上記検出した運転状
態に基づき、インジェクタ１の３方弁８を介して燃料を
溢流させてコモンレール圧力の減圧制御を行う。コモン
レール圧力の減圧制御では、ピエゾアクチュエータ２へ
の印加電圧を調整してピエゾスタック２１の伸長量を、
弁体８４が低圧ポート８１を半開する位置、すなわち低
圧シート８１ａと高圧シート８２ａの中間位置となるよ
うに調整する。この時、低圧ポート８１と高圧ポート８
２の両方が開放され、高圧流路３３と低圧流路４３が連
通してコモンレール３の燃料が低圧流路４３に溢流する
ために、コモンレール３の圧力を低下させることが可能
となる。

【００２５】図２の制御ブロック図において、ＣＰＵに
は、コモンレール圧力を低下させるべき所定の減圧条件
が成立しているか否かを判定し、減圧条件が成立してい
る時にピエゾアクチュエータ２への印加電圧を調整して
減圧を実行するために減圧信号を出力する減圧判定手段
たる減圧判定回路が設けられている。減圧判定は、例え
ば、急減速時であれば、目標の燃料噴射量と実際のコモ
ンレール圧力を基になされ、噴射量・時期演算回路で算
出された目標の燃料噴射量がゼロ以下であり、かつ実際
のコモンレール圧力が目標とするコモンレール圧力より
高い時に、減圧条件が成立していると判定する。

【００２６】減圧判定回路から減圧信号が出力される
と、印加電圧調整手段となるコントローラの充電電圧、
充電電流可変回路は、３方弁８の弁体８４が中間位置と
なるように、ピエゾアクチュエータ２へ充電される電圧
と、駆動回路からピエゾアクチュエータ２へ流れる電流
を設定する。ピエゾアクチュエータ２の充電電圧を０か
ら徐々に上げていくと、ある電圧で３方弁８の弁体８４
が低圧シート８１ａを離れて燃料リークが発生し、次い
で、高圧シート８２ａに着座して制御室１５の圧力が十
分低下すると、噴射が開始される。従って、減圧制御時
には、３方弁８が低圧シート８１ａを離れかつノズルニ
ードル１が閉弁を維持して、燃料リークのみが発生する
ように、充電電圧を通常噴射時より低く設定する。この
電圧はコモンレール圧力を基に設定され、また、コモン
レール圧力変化に応じて適時設定変更される。

【００２７】減圧手段となる噴射弁通電処理回路は、減
圧信号に従ってピエゾアクチュエータ２への充電を開始
し、充電電圧・充電電流可変回路で設定された電流で充
電するとともに、設定された電圧で充電が完了するよう
に、通電を制御する。これにより、ピエゾスタック２１
の伸長量が調整されて３方弁８を中間位置に保持し、コ
モンレール３の高圧燃料がリーク流路４３へ溢流して、
コモンレール圧力が低下する。この制御の詳細は後述す
る。

【００２８】図１の構成のインジェクタ１の作動を、図
３のタイミングチャートを参照して説明する。図３の一
点鎖線は通常の噴射駆動時、実線は減圧要求時の作動を
示すものである。図１（ａ）において、コモンレール３
から高圧配管３１を介してピエゾインジェクタ１に供給
される高圧燃料は、高圧流路３３を経て燃料溜まり１６
に流入する。同時に、高圧流路３３に連通する３方弁８
の高圧ポート８２にも高圧燃料が流入する。ピエゾアク
チュエータ２に電圧が印加されていない時（図３のＡの
時点以前）、３方弁８の弁体８４は低圧シート８１ａに
当接して、高圧ポート８２が開放されており（図１
（ｂ）に示す状態）、高圧ポート８２から弁室８３およ
び連通路８５を経て制御室１５に高圧燃料が流入して、
制御室１５は高圧となっている。この状態では、ノズル
ニードル１３に加わる開弁方向の力（燃料溜まり１６の
燃料圧力）より、閉弁方向の力（制御室１５の圧力とス
プリング１６の付勢力）の方が大きいため、ノズルニー
ドル１３はリフトせず、噴孔１４が閉鎖されて閉弁状態
となるため、エンジンの気筒に燃料が噴射されることは
ない。

【００２９】次に、ＥＣＵ５からの噴射信号（例えば矩
形のパルス信号）により、ピエゾアクチュエータ２に電
圧の印加が開始されると（図３のＡの時点）、ピエゾ電
圧の上昇とともにピエゾスタック２１が伸長し、ピエゾ
ピストン２２が下降して３方弁８の弁体８４を下方に移
動させる。この際、図３に一点鎖線で示すように、ピエ
ゾ電圧が上昇するのに伴い、まず弁体８４が上方の低圧
シート８１ａから離れて低圧ポート８１を開放し、次い
で、下方の高圧シート８２ａに着座して高圧ポート８２
を閉鎖する。そして、制御室１５の高圧燃料が低圧ポー
ト８１から低圧流路４３へ溢流するのに伴い、制御室１
５の圧力が徐々に低下し、燃料溜まり１６の開弁方向の
燃料圧力が、制御室１５とスプリング１６による閉弁方
向の力を上回ると、ノズルニードル１３がリフトを開始
する（図３のＣの時点）。すなわち、インジェクタ１は
開弁状態となり、燃料溜まり１６と噴孔１４が連通して
エンジンの気筒に燃料が噴射される。

【００３０】その後、ＥＣＵ５によりピエゾアクチュエ
ータ２に印加されていた電圧を放出すると（図３のＤの
時点）、ピエゾスタック２１が収縮し、ピエゾピストン
２２および３方弁８の弁体８４が上昇する。そして、弁
体８４が下方の高圧シート８２ａから離れて高圧ポート
８１を開放し、次いで、上方の低圧シート８１ａに着座
して低圧ポート８１を閉鎖することにより、制御室１５
に再び高圧燃料が流入し、圧力が徐々に上昇する。そし
て、制御室１５とスプリング１６による閉弁方向の力
が、燃料溜まり１６の開弁方向の燃料圧力を上回ると、
ノズルニードル１３が下降を開始し、噴孔１４が閉鎖さ
れてインジェクタ１は閉弁状態に戻る。

【００３１】ここで、上記インジェクタ１構成では、弁
体８４がリフトを開始することによって（図３のＢの時
点）、制御室１５の圧力が低下し始めるが、ノズルニー
ドル３７がリフトを開始する圧力に到達させるには（図
３のＣの時点）、さらにピエゾ電圧を上昇させる必要が
ある。言い換えれば、ピエゾ電圧を調整することによっ
て、弁体８４のリフト位置を調整し、制御室１５をノズ
ルニードル３７がリフトを開始する圧力、すなわち噴射
開始圧より高く保持することが可能となる。

【００３２】そこで、本発明では、図３に実線で示すよ
うに、ＥＣＵ５の充電電圧、充電電流可変回路で設定さ
れるピエゾアクチュエータ２への充電電圧（ピエゾ電圧
の最高値）を、通常噴射時より低く設定する。ＥＣＵ５
からの減圧信号により、電圧印加が開始されると（図３
のＡの時点）、ピエゾ電圧の上昇とともにピエゾスタッ
ク２１が伸長するが、ピエゾスタック２１の伸長量すな
わちピエゾピストン２２の下降量が、通常噴射時より小
さくなるために、３方弁８の弁体８４は上方の低圧シー
ト８１ａと下方の高圧シート８２ａの中間位置に保持さ
れる。

【００３３】この時、高圧ポート８２から弁室８３に流
入する高圧燃料が、直接、低圧ポート８１を経て低圧流
路４３へ溢流するために、コモンレール３の圧力を低下
させることができる。一方、３方弁８の弁体８４と低圧
シート８１ａの間隔が、通常噴射時より狭くなり、制御
室１５からの高圧燃料の溢流が制限される。従って、制
御室１５の圧力は噴射開始圧まで低下せず、ノズルニー
ドル３７がリフトしないために、噴射が生じることはな
い。

【００３４】ここで、図１（ｂ）において、３方弁８の
弁体８４は、ピエゾスタック２１からピエゾピストン２
２を介して下向きの力を、弁室８３内の高圧燃料から上
向きの力を受けており、これらの力のバランスによっ
て、その位置が決定される。弁室８３に流入する高圧燃
料の圧力は、コモンレール３の圧力に等しいため、弁体
８４に上向きに作用する力はコモンレール圧力によって
変化し、これに伴い弁体８４を中間位置に保持するため
のピエゾアクチュエータ２の充電電圧も変化することに
なる。この関係を図４に示す。

【００３５】図４は、弁体８４が低圧シート８１ａを離
れるのに必要な充電電圧（リーク開始電圧）と、ノズル
ニードル３７が閉弁を保持可能な最大電圧（無噴射限界
電圧）を示しており、いずれもコモンレール圧力とほぼ
比例して上昇する。従って、減圧要求時には、まず、圧
力センサＳでコモンレール圧力を検出し、検出されたコ
モンレール圧力におけるリーク開始電圧と無噴射限界電
圧の間となるように、ピエゾアクチュエータ２の充電電
圧を設定する。さらに、コモンレール圧力の低下ととも
に、リーク開始電圧と無噴射限界電圧も低下することか
ら、ピエゾアクチュエータ２の設定電圧を一定としたま
までは、弁体８４に上向きに作用する力が低減していく
ために、力のバランスが変化する。このため、弁体８４
が下方に移動し、最終的には高圧シート８２ａに当接し
て誤って噴射が生じてしまうことになる。

【００３６】そこで、本発明では、コモンレール圧力を
適時検出し、検出結果に応じて、図４に△で示すよう
に、ピエゾアクチュエータ２の設定電圧を変更すること
を繰り返す。これにより、常に、弁体８４を低圧シート
８１ａと高圧シート８２ａの間に位置させ、誤噴射を生
じることなく、コモンレール圧力の減圧制御を可能にす
る。

【００３７】図５は、ＥＣＵ５の充電電圧・充電電流可
変回路にて実施される充電電圧の設定変更方法の一例を
示すタイミングチャートで、減圧制御開始前後のコモン
レール圧力と充電電圧の関係を示している。通常の噴射
制御時においては、ピエゾアクチュエータ２への充電電
圧は、弁体８４が高圧シート８２ａを確実に密着させる
に十分な電圧Ｖ0 に設定される。噴射弁通電処理回路
は、噴射量・時期演算回路から所定の時期に出力される
噴射信号に従って、ピエゾスタック２１に充電・放電を
実施する。これを噴射毎に繰り返す。その間、コモンレ
ール３には、高圧ポンプ６から必要な量の高圧燃料が圧
送され、コモンレール圧力（図中実線）は所定の目標圧
力（図中二点鎖線）に維持される。

【００３８】次に、減圧判定手段により減圧信号が出力
されると（図中、矢印）、まず、圧力センサＳによりコ
モンレール圧力が検出され、その検出値から、予め決め
られたコモンレール圧力と充電電圧の関係（例えば図４
の特性図）を基に、減圧に最適なピエゾアクチュエータ
２の充電電圧を決定する。噴射弁通電処理回路は、これ
に従って、ピエゾスタック２１の充電・放電を実施す
る。減圧制御は、例えば、通常の噴射間隔と同様にエン
ジンの回転に同期して実施される。そして、次の減圧信
号が出力されると、再度コモンレール圧力が検出され、
この検出値に基づいてピエゾアクチュエータ２の充電電
圧が設定変更されて、ピエゾスタック２１の充電／放電
を実施する。これをコモンレール圧力が目標圧力となる
まで繰り返す。

【００３９】なお、ここでは、減圧制御の間隔を、通常
の噴射間隔と同様にエンジンの回転に同期したものとし
て説明したが、一定時間間隔で実施してももちろんよ
い。この場合には、コモンレール３の減圧速度を、エン
ジンの運転状態によらず一定にできるという特徴があ
る。

【００４０】また、圧力センサＳにより実際のコモンレ
ール３の圧力を検出し、これを基にピエゾアクチュエー
タ２の充電電圧を設定しているが、実際には、インジェ
クタ１の摺動部等から静的リークが生じるため、減圧制
御時の燃料リーク量から計算によって求めた減圧量によ
って、圧力を補正することもできる。これによって、弁
体８４へ上向きに加わる高圧燃料の作用力をより精度よ
く推定し、誤噴射を確実に防止して、制御性を向上させ
ることができる。

【００４１】図６はＥＣＵ５の充電電圧・充電電流可変
回路における充電電流の設定方法を説明するもので、実
線は通常噴射時の噴射パルスと、ピエゾアクチュエータ
２の充電電圧、電圧を印加するための充電電流の関係を
示す。ピエゾアクチュエータ２への通電は、通常、電圧
昇圧回路（ＤＣ−ＤＣ）と、充電用スイッチング素子、
放電用スイッチング素子を備える駆動回路によって、充
放電を複数回のスイッチングで段階的に行う複数スイッ
チング方式で実施される。電圧昇圧回路（ＤＣ−ＤＣ）
は、バッテリの電圧を所定の電圧に昇圧させるもので、
電圧昇圧回路によって高電圧に変換されたエネルギーは
コンデンサに蓄えられる。そして、充電用スイッチング
素子をオンオフを所定回数繰り返すことによって、コン
デンサから充電用スイッチング素子を介してピエゾスタ
ック２１への充電が行われる。

【００４２】この時、充電用スイッチング素子をオンオ
フする度に、所定の充電電流が流れ、ピエゾアクチュエ
ータ２の充電電圧が段階的に上昇して、所定の設定電圧
に到達する。ここで、ピエゾアクチュエータ２の充電電
圧は、１回当たりの充電量と充電回数の積であり、充電
電圧の分解能は、一回当たりの充電量で決まる。充電電
圧を精度よく制御するためには、充電電圧の分解能が高
い方がよく、これを達成するには、充電電流を下げて一
回当たりの充電量を下げればよい。特に、減圧制御時に
おいては、図４で示した通り、通常噴射時に比べて充電
電圧の設定可能領域が狭いため、この分解能を上げる必
要がある。ところが、通常噴射時には、充電量を下げる
ことにより充電回数が増え、設定電圧に達するのに要す
る時間が延びるため、噴射パルスの立ち上がりと、実際
にピエゾスタック２１が噴射可能な伸長量に達する時期
との差（無効噴射期間）が大きくなって、噴射性能（応
答性）を損なう不具合がある。

【００４３】これを避けるため、本発明では、図６に示
すように、減圧制御時にのみ、充電電流を低くして一回
当たりの充電量を下げ、充電電圧の分解能を上げる。通
常噴射時には、無効噴射期間が短くなるように充電電流
を高くして一回当たりの充電量を大きくする。これによ
り、通常噴射時の噴射性能を確保しつつ、減圧制御時の
分解能を高くして、誤噴射等を防止し、コモンレール圧
の制御性をより向上させることができる。

【００４４】上記実施の形態では、減圧判定条件を、例
えば急減速により、燃料噴射量＜０でかつ実際のコモン
レール圧力＞目標コモンレール圧力となった場合とした
が、高負荷運転後にエンジンを再始動させたり、スター
タスイッチのオン・オフを繰り返すことにより、コモン
レール３内の圧力が必要以上に高くなった場合に、本発
明を適用してももちろんよい。この場合には、コモンレ
ール３内の燃料圧力を低下させるべき減圧条件として、
例えば、イグニッションスイッチやスタータスイッチが
オン状態からオフ状態となったことを確認すればよく、
同様にして減圧制御を行うことでコモンレール３内の圧
力を効率よく低減することができる。

【００４５】また、上記実施の形態では、制御弁として
３方弁を用いたが、２方弁としてももちろんよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は第１の実施の形態の燃料噴射装置の全
体構成図、（ｂ）はインジェクタの概略構成を示す断面
図である。

【図２】ＥＣＵによる制御のブロック図である。

【図３】噴射駆動時と減圧制御時とインジェクタの作動
を説明するためのタイミングチャートである。

【図４】コモンレール圧と充電電圧の関係を示す図であ
る。

【図５】ＥＣＵによる充電電圧の制御の一例を示すタイ
ミングチャートである。

【図６】充電電流と充電電圧の関係を示す図である。

【符号の説明】

１インジェクタ１３ノズルニードル１４噴孔１５制御室２ピエゾアクチュエータ（ピエゾ駆動部）３コモンレール（蓄圧室）３３高圧流路４３低圧流路（リーク流路）５ＥＣＵ（制御部）６高圧ポンプ７燃料タンク８３方弁（制御弁）

───────────────────────────────────────────────────── 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 51/06 Ｆ０２Ｍ 51/06 Ｎ (72)発明者近藤利雄愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地株式会社デンソー内Ｆターム(参考） 3G066 AA07 AB02 AC09 AD12 BA12 BA19 BA51 BA61 CC01 CC06T CC06U CC08T CC08U CC14 CC67 CC68U CE13 CE27 DA06 DB17 DC18 3G301 HA02 JA03 JA12 KA17 LB06 LB11 LC05 LC06 MA28 ND01 PB08A PB08Z PG02Z

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】高圧ポンプから圧送される高圧燃料を蓄
える蓄圧室と、該蓄圧室内の高圧燃料を内燃機関の気筒
に噴射するピエゾ駆動式のインジェクタと、機関の運転
状態に応じて上記高圧ポンプと上記インジェクタの駆動
を制御する制御部を備え、上記インジェクタが、噴孔を開閉するノズルニードル
と、上記蓄圧室から供給される燃料の圧力を上記ノズル
ニードルに作用させる制御室と、上記制御室とリーク流
路の間を開閉することにより上記制御室の圧力を増減す
る制御弁と、電圧を印加することにより伸長して上記制
御弁を開弁駆動し、充電された電圧を放電することによ
り収縮して上記制御弁を閉弁駆動するピエゾ駆動部とを
有して、上記制御弁の駆動に伴い上記ノズルニードルが
開弁して上記蓄圧室から供給される燃料を噴射する構成
であり、上記制御部が、内燃機関の運転状態に基づき、上記蓄圧
室内の燃料圧力を低下させるべき減圧条件が成立してい
るか否かを判定する減圧判定手段と、上記減圧判定手段により減圧条件が成立していると判定
された時に、上記ピエゾ駆動部に通常噴射時より低い電
圧を印加して上記制御弁を半開させ、上記蓄圧室から供
給される燃料を上記リーク流路へ溢流させて上記蓄圧室
内の燃料圧力を低下させる減圧手段と、上記減圧手段により上記ピエゾ駆動部に印加される電圧
を、上記制御弁がシート位置を離れかつ上記ノズルニー
ドルが閉弁を維持するように上記蓄圧室内の燃料圧力に
基づいて設定し、この設定電圧を、上記蓄圧室内の燃料
圧力変化に応じて設定変更する印加電圧調整手段とを備
えていることを特徴とする内燃機関の噴射制御装置。
【請求項２】所定時期に上記蓄圧室内の燃料圧力を検
出する圧力検出手段を設けるとともに、上記印加電圧調
整手段による上記ピエゾ駆動部への印加電圧の設定変更
を、上記圧力検出手段による燃料圧力の検出時期に同期
して実施する請求項１記載の内燃機関の噴射制御装置。
【請求項３】上記印加電圧調整手段による上記ピエゾ
駆動部への印加電圧の設定変更を、所定時間毎に実施す
る請求項１記載の内燃機関の噴射制御装置。
【請求項４】上記印加電圧調整手段が、上記ピエゾ駆
動部に電圧を印加する際に上記ピエゾ駆動部へ流れる電
流値を通常噴射時よりも低くする手段を有する請求項１
記載の内燃機関の噴射制御装置。