JP2003239821A

JP2003239821A - 燃料噴射制御装置

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Publication number: JP2003239821A
Application number: JP2002038446A
Authority: JP
Inventors: Akikazu Kojima; 昭和小島
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2002-02-15
Filing date: 2002-02-15
Publication date: 2003-08-27
Anticipated expiration: 2022-02-15
Also published as: JP3827003B2; DE10306296A1

Abstract

(57)【要約】【課題】伸縮部と移動部材との衝突を防止し、燃料噴
射の安定化、伸縮部の信頼性の向上、ならびに騒音の低
下を図る燃料噴射制御装置を提供する。【解決手段】ピエゾアクチュエータ５１が収縮すると
き、燃料噴射制御装置６０はピエゾアクチュエータ５１
に設けられているピエゾスタックの放電速度を、ピエゾ
アクチュエータ５１の収縮速度が大径ピストン５２のピ
エゾアクチュエータ５１方向の移動速度以下となるよう
に制御する。これにより、ピエゾアクチュエータ５１が
収縮するとき、ピエゾアクチュエータ５１と大径ピスト
ン５２とは一体となった状態で移動する。そのため、ピ
エゾアクチュエータ５１が収縮を停止したときに、大径
ピストン５２がピエゾアクチュエータ５１へ衝突するこ
とを防止できる。

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（以下、
内燃機関を「エンジン」という。）のインジェクタを制
御する燃料噴射制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えばピエゾ素子などの圧電素子
の伸縮を利用して、ノズルニードルを駆動し噴孔を開閉
するインジェクタが公知である。ピエゾ素子などの圧電
素子は駆動指令に対する応答性が高く、ノズルニードル
の作動を迅速に行うことが可能となる。このようなイン
ジェクタの場合、圧電素子が伸縮することによりノズル
ニードルを噴孔閉塞方向へ付勢する制御室の油圧を制御
している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】例えば図１０に示すよ
うなインジェクタ１００の場合、制御室１０１と低圧室
１０２とを連通する低圧ポート１０３を開閉する弁部材
１０４は制御室１０１に設置されている。制御室１０１
にはコモンレールから作動油である高圧の燃料が供給さ
れるため、燃料の圧力により弁部材１０４は弁座部１０
５に押し付けられている。そのため、制御室１０１と連
通する背圧室１０６の圧力もコモンレール内の圧力と等
しくなり、ノズルニードル１１０のシール部１１１はシ
ート部１０７に着座している。その結果、噴孔１０８か
らの燃料の噴射は停止されている。

【０００４】ピエゾ素子が設けられているピエゾアクチ
ュエータ１２０に電力が供給されると、ピエゾアクチュ
エータ１２０は伸長する。ピエゾアクチュエータ１２０
の伸長にともなって大径ピストン１２１は油圧室１２２
方向へ移動する。これにより、油圧室１２２の油圧は増
大し小径ピストン１２３を介して弁部材１０４を駆動す
る。弁部材１０４が弁座部１０５から離座すると低圧ポ
ート１０３は開放されるため、制御室１０１の燃料は低
圧室１０２へ流出する。そのため、制御室１０１ならび
に制御室１０１に連通する背圧室１０６の燃料の圧力は
低下する。その結果、ノズルニードル１１０の周囲の高
圧の燃料によりノズルニードル１１０は図１０の上方へ
リフトし、噴孔１０８から燃料が噴射される。

【０００５】ピエゾアクチュエータ１２０への電力の供
給が停止されると、ピエゾアクチュエータ１２０は収縮
する。これにともない、大径ピストン１２１は油圧室１
２２に設置されているスプリング１２４によりピエゾア
クチュエータ１２０方向へ移動する。これにより、油圧
室１２２の油圧は減少し、小径ピストン１２３を介して
弁部材１０４を駆動する駆動力も低減する。駆動力の低
減により、弁部材１０４は弁座部１０５に着座し低圧ポ
ート１０３を閉塞するため、制御室１０１および背圧室
１０６の燃料の圧力は増大し、ノズルニードル１１０を
噴孔閉塞方向へ付勢する力が増大する。その結果、ノズ
ルニードル１１０のシール部１１１はシート部１０７に
着座し、噴孔１０８からの燃料の噴射が停止される。

【０００６】しかしながら、ピエゾアクチュエータ１２
０が収縮する場合、ピエゾアクチュエータ１２０の収縮
速度と大径ピストン１２１のピエゾアクチュエータ１２
０方向への移動速度とは同一でない。そのため、ピエゾ
アクチュエータ１２０の収縮時、ピエゾアクチュエータ
１２０の収縮速度が大径ピストン１２１の移動速度より
も大きくなると、ピエゾアクチュエータ１２０と大径ピ
ストン１２１との間には隙間が形成される。この場合、
ピエゾアクチュエータ１２０が収縮を停止すると、遅れ
て移動してきた大径ピストン１２１はピエゾアクチュエ
ータ１２０に衝突する。その結果、衝突による衝撃でピ
エゾアクチュエータ１２０の信頼性が低下したり、騒音
の発生を招くという問題がある。

【０００７】また、ピエゾアクチュエータ１２０と大径
ピストン１２１とが衝突した場合、その反動により大径
ピストン１２１が再び油圧室１２２方向へ移動するおそ
れがある。この場合、油圧室１２２の燃料が再び加圧さ
れるため、小径ピストン１２３および弁部材１０４が駆
動される。その結果、燃料の噴射の切れが悪化したり、
二次噴射の発生を招くおそれがある。

【０００８】そこで、本発明の目的は、伸縮部と移動部
材との衝突を防止し、燃料噴射の安定化、伸縮部の信頼
性の向上、ならびに騒音の低下を図る燃料噴射制御装置
を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１記載の
燃料噴射制御装置によると、制御手段はインジェクタの
伸縮部の伸縮速度を移動部材の移動速度以下に制御す
る。例えば、伸縮部がピエゾ素子を有する場合、ピエゾ
素子の放電速度を制御することにより伸縮部の伸縮速度
を移動部材の移動速度以下に制御することができる。伸
縮部の収縮速度を移動部材の移動速度以下に制御するこ
とにより、伸縮部と移動部材とは一体となって移動す
る。そのため、伸縮部が収縮を停止したとき、伸縮部と
移動部材とが衝突することを防止できる。したがって、
伸縮部の信頼性を向上することができ、衝突による騒音
を低減することができる。また、伸縮部の収縮後におけ
る移動部材の再移動を防止することができる。したがっ
て、燃料の噴射の切れが向上し、二次噴射が防止され、
燃料噴射を安定化することができる。

【００１０】本発明の請求項２記載の燃料噴射制御装置
によると、制御手段は制御室へ導入される作動油の圧力
に応じて伸縮部の収縮速度を変更する。移動部材には、
伝達部材および油圧室の油圧を介して弁部材からの力が
作用する。そのため、移動部材に作用する力は制御室の
作動油の圧力によって変化する。例えば、ディーゼルエ
ンジンのコモンレール式の燃料噴射システムの場合、制
御室にはコモンレールから高圧の燃料が供給される。コ
モンレールから供給される燃料の圧力はエンジンの負荷
状態によって変化する。そのため、コモンレールの圧力
が高くなると、弁部材に作用する力も大きくなり、移動
部材の移動速度も増大する。移動部材の移動速度の増大
にあわせて、制御手段が伸縮部の収縮速度を増大させる
ことにより、弁部材の高速な駆動が可能となる。また、
伸縮部の収縮速度を一定にすると、例えばパイロット噴
射をする場合、パイロット噴射の間隔が拡大し、パイロ
ット噴射の自由度が制限される。そのため、制御室に導
入される作動油の油圧に応じて伸縮部の収縮速度を増大
することにより、燃料の噴射間隔を短縮することができ
る。したがって、燃料の噴射の自由度を高めることがで
きる。

【００１１】本発明の請求項３記載の燃料噴射制御装置
によると、伸縮部の収縮速度は作動油の圧力に応じて線
形に変更される。そのため、伸縮部を作動油の圧力に応
じて適切な収縮速度に制御することができる。本発明の
請求項４記載の燃料噴射制御装置によると、伸縮部の収
縮速度は作動油の圧力に応じて段階的に変更される。そ
のため、作動油の圧力に応じた伸縮部の収縮速度の制御
を簡略化することができる。

【００１２】本発明の請求項５記載の燃料噴射制御装置
によると、伸縮部はピエゾ素子を有し、制御手段はピエ
ゾ素子の放電速度を制御している。ピエゾ素子の放電速
度は、例えばスイッチング素子を用いた多重スイッチン
グ制御あるいはＬＣ共振回路を用いたインダクタンスの
制御などにより容易に変更することができる。したがっ
て、伸縮部の収縮速度を適用されるエンジンあるいはエ
ンジンの運転状態に合わせて容易に制御することができ
る。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を示す
複数の実施例を図面に基づいて説明する。（第１実施例）本発明の第１実施例による燃料噴射制御
装置を適用したディーゼルエンジンのコモンレール式の
燃料噴射システムを図２に示す。

【００１４】図示しないディーゼルエンジンの各気筒に
はそれぞれインジェクタ１が設けられており、インジェ
クタ１には供給ライン２を経由してコモンレール３から
高圧の燃料が供給される。そのため、インジェクタ１か
ら各気筒の燃焼室内へはコモンレール３の内部の燃料の
圧力に等しい圧力の燃料が噴射される。コモンレール３
には燃料タンク４の燃料が高圧ポンプ５により加圧給送
される。給送された燃料は、コモンレール３の内部に蓄
圧状態で蓄えられる。コモンレール３に蓄えられている
燃料の一部は、インジェクタ１の作動油としても用いら
れる。コモンレール３からインジェクタ１へ供給された
作動油として用いられる燃料は、低圧の還流路６を経由
して燃料タンク４に還流される。

【００１５】コモンレール３には圧力センサ３ａが設け
られている。コモンレール３の内部の燃料圧力は圧力セ
ンサ３ａにより検出されＥＣＵ７に出力される。ＥＣＵ
７は圧力センサ３ａにより検出されたコモンレール３内
部の燃料の圧力に基づいて調量弁８を制御し、コモンレ
ール３へ給送される燃料の流量を調整する。ＥＣＵ７は
他の各種センサから入力される信号に基づいて判断され
るエンジンの運転状態に合わせて、コモンレール３内の
燃料の圧力が適正となるように制御する。

【００１６】図１に示すように、インジェクタ１はハウ
ジング１０、ノズルニードル２０、付勢部３０、弁部材
３１、および駆動部５０を備えている。ハウジング１０
はハウジング本体１１とノズルボディ１２とを有してい
る。ノズルボディ１２の内部にはノズルニードル２０が
軸方向へ往復摺動可能に保持されている。ノズルボディ
１２には単数または複数の噴孔１３が形成されている。
ノズルボディ１２の内部には燃料溜まり部１４が形成さ
れている。燃料溜まり部１４は、高圧通路１５に連通し
ており、コモンレール３から高圧の燃料が供給される。
ノズルニードル２０は、ノズルボディ１２の噴孔１３入
口側に形成されているシート部１６に着座可能なシール
部２１を有している。シール部２１がシート部１６から
離座することにより噴孔１３への燃料の流れが開放さ
れ、噴孔１３から燃料が噴射される。シール部２１がシ
ート部１６へ着座することにより噴孔１３への燃料の流
れが閉塞され、噴孔１３からの燃料の噴射が停止され
る。

【００１７】ハウジング本体１１には、弁部材３１なら
びに駆動部５０を構成する伸縮部としてのピエゾアクチ
ュエータ５１が収容されている。ハウジング本体１１に
は、ピエゾ収容部１７、油圧室１８、低圧室３２、制御
室３３および背圧室３４が形成されている。ピエゾ収容
部１７にはピエゾアクチュエータ５１が収容されてい
る。ピエゾアクチュエータ５１の端部は移動部材として
の大径ピストン５２と当接しており、大径ピストン５２
の反ピエゾアクチュエータ側の端部は油圧室１８に面し
ている。大径ピストン５２は、ハウジング本体１１に形
成されている大径シリンダ５３の内部を往復摺動可能で
ある。油圧室１８には付勢部材としてのスプリング５４
が設置されており、大径ピストン５２をピエゾアクチュ
エータ５１方向へ付勢している。スプリング５４が大径
ピストン５２をピエゾアクチュエータ５１方向へ付勢す
ることにより、ピエゾアクチュエータ５１には反伸長方
向へプリセットが荷重が加えられている。スプリング５
４としては、皿ばねあるいはコイルスプリングなどを使
用可能である。

【００１８】大径ピストン５２の変位量は、油圧室１８
の燃料により拡大されて伝達部材としての小径ピストン
５５に伝達される。小径ピストン５５は、ハウジング本
体１１に形成されている小径シリンダ５６の内部を往復
摺動可能である。小径ピストン５５の反油圧室側の端部
は弁部材３１と当接している。そのため、弁部材３１は
小径ピストン５５の移動にともなって制御室３３内を図
１の上下方向へ移動する。弁部材３１は、球状の部材一
部を平面状に切除した概ね半球形状に形成されている。
弁部材３１は、球面状の部分が制御室３３の内壁に形成
されている弁座部３３ａに着座可能である。弁部材３１
の平面状の部分は、高圧通路１５と制御室３３とを連通
する高圧ポート３５の制御室３３側の端部を閉塞可能で
ある。コモンレール３から高圧通路１５へ供給された燃
料は、高圧ポート３５を経由して制御室３３および背圧
室３４へ導入される。制御室３３にはスプリング３３１
が設置されている。スプリング３３１は、弁部材３１を
弁座部３３ａへ着座する方向へ付勢している。

【００１９】低圧室３２には低圧通路１９が連通してお
り、制御室３３から低圧ポート３６を経由して排出され
た作動油である燃料は低圧通路１９および還流路６を経
由して燃料タンク４へ還流される。低圧ポート３６は高
圧側の制御室３３と低圧側の低圧室３２とを連通してい
る。弁部材３１が弁座部３３ａから離座または弁座部３
３ａへ着座することにより、低圧ポート３６は開閉され
る。低圧室３２を形成するハウジング本体１１の壁面と
小径ピストン５５との間にはスプリング５７が設置され
ている。スプリング５７は小径ピストン５５を弁部材３
１方向へ付勢している。そのため、スプリング３３１に
より付勢される弁部材３１とスプリング５７により付勢
される小径ピストン５５とは、互いに当接し一体となっ
て移動する。

【００２０】背圧室３４は、弁部材３１の反噴孔側の端
部に形成されている。背圧室３４には高圧通路１５から
オリフィス３４１を介してコモンレール３内の圧力と同
一の燃料が導入されている。背圧室３４はオリフィス３
７１を有する制御通路３７を介して制御室３３に連通し
ている。そのため、制御室３３と背圧室３４とは内部の
圧力が概ね同一となる。背圧室３４にはスプリング３８
が設置されており、背圧室３４に導入された高圧の燃料
とスプリング３８の付勢力とによりノズルニードル２０
はシール部２１がシート部１６へ着座する方向すなわち
噴孔１３を閉塞する方向へ付勢されている。制御室３
３、背圧室３４、制御通路３７およびスプリング３８な
どからノズルニードル２０を噴孔閉塞方向へ付勢する付
勢部３０が構成されている。

【００２１】次に、燃料噴射制御装置６０について詳細
に説明する。燃料噴射制御装置６０は、ピエゾアクチュ
エータ５１へ供給する電力を制御する駆動回路７０と、
ＥＣＵ７から出力される噴射信号に基づいて駆動回路７
０の各素子を制御する制御回路６１とを有している。

【００２２】駆動回路７０は、図３に示すように電源で
あるバッテリ７１に接続されている。駆動回路７０は、
ＤＣ／ＤＣコンバータ７２、充電スイッチング素子７
３、放電スイッチング素子７４、気筒選択スイッチ７５
および充放電コイル７６を有している。駆動回路７０に
はピエゾアクチュエータ５１を構成するピエゾスタック
７７が接続されている。ピエゾスタック７７は容量性の
素子であるピエゾ素子が積層されて構成されている。Ｄ
Ｃ／ＤＣコンバータ７２は、バッテリ７１の電圧を所定
の直流高電圧に変換する。充電スイッチング素子７３お
よび放電スイッチング素子７４には逆方向の電流の流れ
を許容するダイオード７３１、７４１がそれぞれ接続さ
れている。充電スイッチング素子７３および放電スイッ
チング素子７４は、例えばＭＯＳＦＥＴが用いられ、回
路の電流を断続する。充電スイッチング素子７３、放電
スイッチング素子７４および気筒選択スイッチ７５はそ
れぞれ制御回路６１に接続されており、制御回路６１か
らの駆動信号にしたがってオンオフされる。充放電コイ
ル７６は、ピエゾスタック７７との間の共振により回路
を流れる電流を漸増または漸減させる。駆動回路７０に
はＤＣ／ＤＣコンバータ７２の出力端にバッテリ７１と
並列に接続されている図示しないバッファコンデンサを
有している。バッファコンデンサはピエゾスタック７７
の放電時にピエゾスタック７７から放電されたエネルギ
ーを回収する。

【００２３】制御回路６１は、ＣＰＵ６２、メモリ６３
および入出力回路６４を有している。ＣＰＵ６２はメモ
リ６３に格納されている所定のコンピュータプログラム
にしたがって演算および処理をする。メモリ６３には、
ＣＰＵ６２で実行されるコンピュータプログラム、なら
びに演算に必要なデータあるいは演算後のデータが格納
される。入出力回路６４では、ＥＣＵ７から出力された
噴射信号の入力、ならびに駆動回路７０の充電スイッチ
ング素子７３、放電スイッチング素子７４および気筒選
択スイッチ７５を駆動するための駆動信号が出力され
る。

【００２４】なお、本実施例では、ＥＣＵ７と別体に燃
料噴射制御装置６０を構成する例について説明している
が、例えばＥＣＵ７に燃料噴射制御装置６０の制御回路
６１を形成したり、ＥＣＵ７に制御回路６１および駆動
回路７０を形成することも可能である。

【００２５】次に、上記の構成の燃料噴射制御装置６０
ならびにこれにともなうインジェクタ１の作動について
説明する。ＥＣＵ７はディーゼルエンジンの運転状態に
合わせて燃料を噴射するインジェクタ１を特定し噴射信
号を出力する。燃料噴射制御装置６０は、気筒選択スイ
ッチ７５を制御することにより燃料の噴射を実行するイ
ンジェクタ１を選択する。

【００２６】気筒選択スイッチ７５がオフされていると
き、ならびに充電スイッチング素子７３がオフされてい
るとき、ピエゾアクチュエータ５１のピエゾスタック７
７には電力が供給されていない。そのため、ピエゾアク
チュエータ５１は伸長していない。ピエゾアクチュエー
タ５１が伸長していないとき、ピエゾアクチュエータ５
１に当接する大径ピストン５２は、油圧室１８に設置さ
れているスプリング５４の付勢力により図１の上方へ移
動している。そのため、小径ピストン５５を介して弁部
材３１を図１の下方へ付勢する力は小さくなり、制御室
３３内の燃料の圧力により弁部材３１に作用する油圧に
よって弁部材３１は弁座部３３ａに着座している。これ
により、制御室３３の燃料の圧力はコモンレール３内の
燃料の圧力と等しくなり、制御室３３に連通している背
圧室３４の燃料の圧力もコモンレール３内の燃料の圧力
と等しくなる。

【００２７】このとき、燃料溜まり部１４に蓄えられて
いる燃料によりノズルニードル２０へシール部２１がシ
ート部１６から離座する方向すなわち噴孔開放方向へ作
用する力は、背圧室３４の燃料の圧力およびスプリング
３８の付勢力によりノズルニードル２０へ噴孔閉塞方向
へ作用する力よりも小さい。そのため、シール部２１は
シート部１６に着座し、噴孔１３からの燃料の噴射は停
止されている。

【００２８】ＥＣＵ７から燃料噴射制御装置６０へ噴射
信号が入力されると、燃料噴射制御装置６０のＣＰＵ６
２は噴射信号に基づいて燃料を噴射するインジェクタ１
を特定し、そのインジェクタ１の気筒選択スイッチ７５
をオンにする。そして、ＥＣＵ７からの噴射信号により
燃料の噴射が指示されると、ＣＰＵ６２は充電スイッチ
ング素子７３をオンにする。充電スイッチング素子７３
がオンされると、バッテリ７１からピエゾスタック７７
へ電力の供給が開始され、ピエゾスタック７７の充電が
開始される。このとき、充電スイッチング素子７３は所
定の間隔でオンオフされ、ピエゾスタック７７は多重ス
イッチング方式により段階的に充電される。

【００２９】ピエゾスタック７７の充電にともない、ピ
エゾスタック７７が設けられているピエゾアクチュエー
タ５１は図４に示すように大径ピストン５２方向へ伸長
する。そして、ピエゾアクチュエータ５１は大径ピスト
ン５２を図４の下方へ駆動する。大径ピストン５２の移
動により油圧室１８の燃料は加圧され、油圧室１８の油
圧を介して大径ピストン５２の駆動力は小径ピストン５
５へ伝達される。大径ピストン５２の移動量の増大にと
もなって油圧室１８の油圧は増大する。そして、油圧室
１８の油圧により小径ピストン５５を弁部材３１方向へ
付勢する力が弁部材３１に作用する制御室３３の油圧に
よる力よりも大きくなると、弁部材３１は弁座部３３ａ
から離座する。弁部材３１が弁座部３３ａから離座する
と、制御室３３の燃料は低圧ポート３６を経由して低圧
室３２へ流出する。そのため、制御室３３の油圧は低下
し、これにともない背圧室３４の油圧も低下する。そし
て、背圧室３４の燃料の圧力およびスプリング３８の付
勢力によりノズルニードル２０へ噴孔閉塞方向に作用す
る力が、燃料溜まり部１４の燃料によりノズルニードル
２０へ噴孔開放方向に作用する力よりも小さくなると、
ノズルニードル２０は図４の上方へリフトし、シール部
２１はシート部１６から離座する。その結果、噴孔１３
から燃料の噴射が開始される。ＣＰＵ６２は、ＥＣＵ７
から出力された噴射信号に基づいて所定の期間またはピ
エゾスタック７７が所定の電圧となるまで充電スイッチ
ング素子７３のオンオフを繰り返す。

【００３０】ＥＣＵ７からの噴射信号により燃料の噴射
停止が指示されると、ＣＰＵ６２は充電スイッチング素
子７３をオフにするとともに、放電スイッチング素子７
４をオンにする。放電スイッチング素子７４がオンにさ
れると、ピエゾスタック７７に充電された電気的なエネ
ルギーは図示しないコンデンサへ回収される。これによ
り、ピエゾスタック７７の放電が開始される。このと
き、放電スイッチング素子７４は所定の間隔でオンオフ
され、ピエゾスタック７７は多重スイッチング方式によ
り段階的に収縮する。

【００３１】ピエゾスタック７７の放電にともない、ピ
エゾスタック７７が設けられているピエゾアクチュエー
タ５１は図１に示すように反大径ピストン方向へ収縮す
る。そのため、大径ピストン５２はスプリング５４の付
勢力によりピエゾアクチュエータ５１方向へ移動する。
このとき、ＣＰＵ６２は、メモリ６３に格納されている
所定のコンピュータプログラムにしたがって、ピエゾア
クチュエータ５１の収縮速度が大径ピストン５２の移動
速度以下となるように制御する。ピエゾアクチュエータ
５１の収縮速度とは、単位時間あたりにピエゾアクチュ
エータ５１が図１の上方へ収縮する距離をいい、大径ピ
ストン５２の移動速度とは、単位時間あたりに大径ピス
トン５２が大径シリンダ５３内をピエゾアクチュエータ
５１方向へ移動する距離をいう。

【００３２】図５に示すように、大径ピストン５２の移
動速度は制御室３３の油圧すなわちコモンレール３内の
圧力に応じて大きくなる。これは、制御室３３内の圧力
が上昇するにしたがって、弁部材３１に作用する力が増
大し、弁部材３１、小径ピストン５５および油圧室１８
の油圧を介して大径ピストン５２をピエゾアクチュエー
タ５１方向へ付勢する力が増大するためである。本実施
例のように、ピエゾアクチュエータ５１の収縮速度を大
径ピストン５２の移動速度以下にすることにより、ピエ
ゾアクチュエータ５１と大径ピストン５２とは確実に一
体となった状態で図１の上方へ移動する。すなわち、ピ
エゾアクチュエータ５１と大径ピストン５２との間に移
動速度の差による隙間が形成されることがない。

【００３３】これに対し、従来のようにピエゾアクチュ
エータ５１の収縮速度を制御しない場合、コモンレール
３内の圧力が低いとき、ピエゾアクチュエータ５１の収
縮速度は大径ピストン５２の移動速度を上回ることがあ
る。そのため、ピエゾアクチュエータ５１が収縮すると
き、ピエゾアクチュエータ５１と大径ピストン５２との
間には隙間が形成される。その結果、ピエゾアクチュエ
ータ５１が収縮を停止したとき、移動を継続している大
径ピストン５２はピエゾアクチュエータ５１に衝突す
る。

【００３４】一方、油圧室１８に設置されているスプリ
ング５４のプリセット荷重を増大することにより、大径
ピストン５２の付勢力を増大し、大径ピストン５２の移
動速度を向上することが考えられる。しかし、スプリン
グ５４のプリセット荷重を増大するためにはスプリング
５４の大型化が必要となる。スプリング５４が設置され
る油圧室１８をはじめインジェクタ１の各部の大きさに
は制限があり、大型化を招くスプリング５４の荷重の増
大は好ましくない。

【００３５】したがって、本実施例では上述のようにピ
エゾアクチュエータ５１の収縮速度を大径ピストン５２
の移動速度以下とすることにより、ピエゾアクチュエー
タ５１と大径ピストン５２との衝突を防止している。本
実施例では、ピエゾアクチュエータ５１に設けられてい
るピエゾスタック７７の放電速度を制御することにより
ピエゾアクチュエータ５１の収縮速度を制御している。
放電速度とは、ピエゾ素子により構成されるピエゾスタ
ック７７から単位時間あたりに放電される電気的なエネ
ルギーを意味する。図３に示すような放電スイッチング
素子７４を用いた多重スイッチング方式の場合、ピエゾ
スタック７７が放電されるとき、図６に示すようにピエ
ゾスタック７７の電圧は段階的に低下し、電流は概略正
弦波状に変化しながら低減する。駆動回路７０では、充
放電コイル７６とピエゾスタック７７からＬＣ共振回路
が形成される。そのため、充放電コイル７６のインダク
タンスを調整することにより、電流の傾きすなわち放電
電圧の下降速度を調整、あるいは回路を流れる電流の最
小値を調整をすることができる。また、放電スイッチン
グ素子７４のオン期間を調整することにより、ピエゾス
タック７７の放電速度を変更することができる。すなわ
ち、駆動回路７０の充放電コイル７６のインダクタンス
を調整、または放電スイッチング素子７４のオンオフ周
期を調整することにより、ピエゾスタック７７の放電速
度を適正に制御することができる。

【００３６】以上のような作動により、ピエゾアクチュ
エータ５１が収縮すると、油圧室１８の油圧が低下し小
径ピストン５５を弁部材３１方向へ付勢する力が低下す
る。そのため、制御室３３の油圧により弁部材３１は弁
座部３３ａに着座し、制御室３３から低圧室３２への燃
料の流出は停止される。これにより、制御室３３の油圧
は再び上昇し、これにともない背圧室３４の油圧も上昇
する。そして、背圧室３４の燃料の圧力およびスプリン
グ３８の付勢力によりノズルニードル２０へ噴孔閉塞方
向に作用する力が、燃料溜まり部１４の燃料によりノズ
ルニードル２０へ噴孔開放方向に作用する力よりも大き
くなると、ノズルニードル２０は図１の下方へ移動し、
シール部２１はシート部１６へ着座する。その結果、噴
孔１３から燃料の噴射が停止される。ＥＣＵ７からの噴
射信号にしたがって、ピエゾスタック７７を充電または
放電することによりピエゾアクチュエータ５１は伸長ま
たは縮小を繰り返す。これにより、噴孔１３からの燃料
の噴射が断続される。

【００３７】以上、説明したように、本発明の第１実施
例による燃料噴射制御装置６０は、ピエゾスタック７７
の放電速度を調整することにより、ピエゾアクチュエー
タ５１の収縮速度を大径ピストン５２の移動速度以下に
制御している。そのため、ピエゾアクチュエータ５１が
収縮を停止したとき、ピエゾアクチュエータ５１と大径
ピストン５２とが衝突することを防止できる。これによ
り、大径ピストン５２の再移動による燃料の切れの悪化
ならびに燃料の二次噴射を防止することができる。した
がって、騒音を低減でき、燃料噴射を安定化することが
できる。また、ピエゾアクチュエータ５１と大径ピスト
ン５２との衝突を防止することにより、ピエゾアクチュ
エータ５１の信頼性を向上することができる。

【００３８】また、第１実施例では、ピエゾアクチュエ
ータ５１を使用しているので、充放電コイル７６のイン
ダクタンスの変更あるいは放電スイッチング素子７４の
オン期間を変更することにより、ピエゾスタック７７の
放電速度を容易に変更することができる。したがって、
駆動回路７０の構成を簡単にすることでき、ピエゾスタ
ック７７の放電速度の変更が容易である。

【００３９】（第２実施例）本発明の第２実施例による
燃料噴射制御装置について説明する。燃料噴射制御装置
の構成は第１実施例と同一であるので説明を省略する。
第２実施例の場合、燃料噴射制御装置６０は、図７に示
すようにコモンレール３内の燃料の圧力に応じてピエゾ
アクチュエータ５１の収縮速度が増大するようにピエゾ
スタック７７の放電速度を変更する。すなわち、コモン
レール３内の圧力が上昇するにしたがって、ピエゾスタ
ック７７の放電速度を高めている。

【００４０】ピエゾアクチュエータ５１を利用したイン
ジェクタ１の場合、ピエゾアクチュエータ５１の高速応
答性を活用し多段噴射の実施が可能となる。多段噴射と
は、主たる燃料であるメイン噴射以前に少量の燃料を噴
射するパイロット噴射あるいはプレ噴射を実施するもの
である。しかし、第１実施例で説明したように、ピエゾ
スタック７７の放電速度を、ピエゾアクチュエータ５１
の収縮速度が大径ピストン５２の移動速度以下となるよ
うに制御すると、図８に示すようにパイロット噴射とメ
イン噴射との間隔をピエゾスタック７７の放電速度以下
に短縮することができない。すなわち、パイロット噴射
後のピエゾスタック７７の放電からメイン噴射によるピ
エゾスタック７７の充電までの時間的な間隔が拡大す
る。

【００４１】これに対し、上述のように、大径ピストン
５２は制御室３３の燃料の圧力を受けてピエゾアクチュ
エータ５１方向へ移動するため、制御室３３内の圧力す
なわちコモンレール３の圧力が上昇するにしたがって大
径ピストン５２の移動速度は大きくなる。そのため、例
えば高負荷時のようにコモンレール３の圧力が高い場
合、ピエゾスタック７７の放電速度を高め、ピエゾアク
チュエータ５１の収縮速度を高めた場合でも、ピエゾス
タック７７が収縮を停止したときに大径ピストン５２が
ピエゾアクチュエータ５１へ衝突することはない。そこ
で、図７に示すようにコモンレール３内の圧力に応じて
ピエゾスタック７７の放電速度を高めることにより、大
径ピストン５２の移動速度が大きな高圧時、ピエゾアク
チュエータ５１の収縮速度を高めている。

【００４２】第２実施例では、燃料噴射制御装置６０
は、大径ピストン５２の移動速度すなわちコモンレール
３内の圧力に応じてピエゾスタック７７の放電速度を高
めている。そのため、コモンレール３内の圧力が高い高
負荷時、例えばパイロット噴射とメイン噴射との間隔の
ように燃料の噴射間隔を短縮することができる。また、
燃料噴射制御装置６０は、ピエゾスタック７７の放電速
度をコモンレール３内の圧力に応じて変化させ、大径ピ
ストン５２の移動速度を線形に変化させている。そのた
め、コモンレール３内の圧力に応じてピエゾスタック７
７の放電速度を最適に制御することができる。

【００４３】（第３実施例）本発明の第３実施例による
燃料噴射制御装置について説明する。燃料噴射制御装置
の構成は第１実施例と同一であるので説明を省略する。
第３実施例の場合、燃料噴射制御装置６０は、図９に示
すようにコモンレール３内の燃料の圧力に応じてピエゾ
アクチュエータ５１の収縮速度が変更されるようにピエ
ゾスタック７７の放電速度を変更する。すなわち、コモ
ンレール３の圧力が所定の圧力以上になると、ピエゾス
タック７７の放電速度を段階的に高めている。

【００４４】第２実施例のようにコモンレール３内の圧
力に応じてピエゾスタック７７の放電速度を線形に変化
させることにより、コモンレール３内の圧力とピエゾス
タック７７の放電速度との関係を最適にすることができ
る。しかし、第２実施例の場合、コモンレール３内の圧
力に応じたピエゾスタック７７の放電速度のデータを複
数必要としたり、適切な放電速度の演算を必要とする。
そのため、データ記憶容量の大きなメモリ６３あるいは
処理能力の高いＣＰＵ６２を必要とし、コストの上昇を
招く。また、コモンレール３内の圧力に応じて放電スイ
ッチング素子７４のオンオフ間隔を調整する必要があ
り、制御が複雑化する。

【００４５】第３実施例の場合、燃料噴射制御装置６０
は、コモンレール３内の圧力が所定圧力以上となると、
ピエゾスタック７７の放電速度を高めている。これによ
り、制御回路６１による駆動回路７０の制御を簡易にす
ることができる。また、第３実施例では、ピエゾアクチ
ュエータ５１の収縮速度がコモンレール３内の圧力に応
じて２段階に変化する例について説明したが、ピエゾア
クチュエータ５１の収縮速度を３段階以上に変化させて
もよい。

【００４６】以上説明した本発明の複数の実施例では、
ピエゾスタックの駆動回路としてスイッチング素子を用
いた多段スイッチング制御方式を適用した例について説
明した。しかし、本発明は駆動回路としてＬＣ共振回路
方式を用いてもよく、多段スイッチング方式に限定する
ものではない。ＬＣ共振回路方式を用いる場合、インダ
クタのインダクタンスを変更することにより、ピエゾス
タックの放電速度を変更することができる。

【００４７】また、本発明の複数の実施例では、伸縮部
としてピエゾスタックを適用する例について説明した
が、伸縮部として供給される電力によって変位する磁歪
素子あるいは電歪素子を適用することも可能である。磁
歪素子あるいは電歪素子を適用する場合、電荷の蓄積に
よって変位するピエゾ素子などと異なり、磁歪素子ある
いは電歪素子に印加される電圧などにより変位する。そ
のため、駆動回路のインダクタのインダクタンスを変更
することにより、磁歪素子あるいは電歪素子の伸縮速度
を変更することができる。

【００４８】さらに、本発明の複数の実施例では、燃料
噴射制御装置をディーゼルエンジンのコモンレール式の
燃料噴射システムに適用した例について説明した。しか
し、本発明はガソリンエンジンなど他の内燃機関にも適
用することができ、コモンレール式の燃料噴射システム
に限らず他の燃料噴射システムにも適用することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例による燃料噴射制御装置を
適用したインジェクタを示す模式的な断面図である。

【図２】本発明の第１実施例による燃料噴射制御装置を
適用したインジェクタを用いたディーゼルエンジンの燃
料噴射制御システムを示す模式図である。

【図３】本発明の第１実施例による燃料噴射制御装置の
制御回路および駆動回路を示す模式図である。

【図４】本発明の第１実施例による燃料噴射制御装置を
適用したインジェクタを示す模式的な断面図である。

【図５】コモンレールの圧力と、大径ピストンの移動速
度ならびに本発明の第１実施例による燃料噴射制御装置
により制御されるピエゾアクチュエータの収縮速度との
関係を示す模式図である。

【図６】ピエゾスタックの電圧と放電電流との関係を示
す模式図である。

【図７】コモンレールの圧力と、大径ピストンの移動速
度ならびに本発明の第２実施例による燃料噴射制御装置
により制御されるピエゾアクチュエータの収縮速度との
関係を示す模式図である。

【図８】時間とピエゾスタックに充電されたエネルギー
との関係を示す模式図であって、ピエゾスタックの放電
速度による噴射間隔の変化を示す図である。

【図９】コモンレールの圧力と、大径ピストンの移動速
度ならびに本発明の第３実施例による燃料噴射制御装置
により制御されるピエゾアクチュエータの収縮速度との
関係を示す模式図である。

【図１０】従来のインジェクタの構造を示す模式的な断
面図である。

【符号の説明】

１インジェクタ３コモンレール１０ハウジング１１ハウジング本体１２ノズルボディ１３噴孔１８油圧室２０ノズルニードル３０付勢部３１弁部材３２低圧室３３制御室（付勢部）３４背圧室（付勢部）３６低圧ポート３７制御通路（付勢部）３８スプリング（付勢部）５０駆動部５１ピエゾアクチュエータ（伸縮部）５２大径ピストン（移動部材）５４スプリング（付勢部材）５５小径ピストン（伝達部材）６０燃料噴射制御装置６１制御回路７０駆動回路７７ピエゾスタック

───────────────────────────────────────────────────── 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 61/20 Ｆ０２Ｍ 61/20 ＮＨ０１Ｌ 41/083 Ｈ０１Ｌ 41/08 Ｐ 41/09 ＵＦターム(参考） 3G066 AA07 AB02 AC09 AD12 BA00 BA29 BA32 CC06T CC08T CC14 CC26 CC64U CC66 CC67 CC68T CC68U CC69 CC70 CD26 CE12 CE27 CE29 DC00 DC18 3G301 HA02 LB11 LC05 LC10 NB06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】噴孔が形成されているハウジングと、前記噴孔を開閉可能なノズルニードルと、前記ノズルニードルを噴孔閉塞方向へ付勢するための作
動油が導入される制御室を有する付勢部と、前記制御室と低圧側とを連通する低圧ポートを開閉する
弁部材と、供給される電力に応じて伸縮する伸縮部、前記伸縮部の
伸長にともなって移動する移動部材、前記移動部材の移
動にともなって容積が変化する油圧室、前記移動部材を
前記伸縮部方向へ付勢する付勢部材、ならびに前記油圧
室の油圧を介して前記移動部材の駆動力を前記弁部材に
伝達する伝達部材を有する駆動部とを備えるインジェク
タを制御する燃料噴射制御装置であって、前記伸縮部が収縮するとき、前記伸縮部の収縮速度を前
記移動部材が前記伸縮部方向へ移動する速度以下に制御
する制御手段を備えることを特徴とする燃料噴射制御装
置。
【請求項２】前記制御手段は、前記制御室へ導入され
る作動油の圧力に応じて前記伸縮部の収縮速度を変更す
ることを特徴とする請求項１記載の燃料噴射制御装置。
【請求項３】前記伸縮部の収縮速度は、前記作動油の
圧力に応じて線形に変更されることを特徴とする請求項
２記載の燃料噴射制御装置。
【請求項４】前記伸縮部の収縮速度は、前記作動油の
圧力に応じて段階的に変更されることを特徴とする請求
項２記載の燃料噴射制御装置。
【請求項５】前記伸縮部は充電または放電されること
により伸縮するピエゾ素子を有し、前記制御手段は前記
ピエゾ素子の放電速度を制御することを特徴とする請求
項１から４のいずれか一項記載の燃料噴射制御装置。