JP2009197600A - Fuel injection valve control device and fuel injection valve control system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ピエゾ素子をアクチュエータとして有する燃料噴射弁に適用された、燃料噴射弁制御装置及び燃料噴射弁制御システムに関する。 The present invention relates to a fuel injection valve control device and a fuel injection valve control system applied to a fuel injection valve having a piezoelectric element as an actuator.
この種の燃料噴射弁は、燃料の噴射口を開閉する弁体、弁体の背圧を制御する背圧制御バルブ、及び背圧制御バルブを作動させるピエゾ素子を備えている。そして、ピエゾ素子を充電により伸長させると、ピエゾ素子により背圧制御バルブが開弁作動を開始して弁体の背圧が低下し、弁体が開作動して燃料が噴射口から噴射されることとなる。 This type of fuel injection valve includes a valve body that opens and closes a fuel injection port, a back pressure control valve that controls the back pressure of the valve body, and a piezoelectric element that operates the back pressure control valve. When the piezo element is extended by charging, the back pressure control valve starts to open by the piezo element, the back pressure of the valve body decreases, the valve body opens, and fuel is injected from the injection port. It will be.
このようなピエゾ素子に充電するにあたり、ピエゾ素子へ流す駆動電流の上昇と下降を複数回繰り返し行わせることで、ピエゾ素子の電圧値(以下、ピエゾ電圧と呼ぶ)を段階的に上昇させる制御が特許文献1等にて開示されている。この制御によれば、ピエゾ素子への充電を開始した後、ピエゾ電圧が閾値Vthを超えた時点で背圧制御バルブは開弁作動を開始することとなる。
ここで、背圧制御バルブが開弁作動を開始するのに要するピエゾ電圧の値、つまり前述の閾値Vthは、その時のピエゾ素子温度によって異なる。また、弁体及び背圧制御バルブの弁座部が摩耗する等の経年変化や、供給される燃料の圧力によっても異なる。そして、このように閾値Vthがばらつくことに起因して、背圧制御バルブが開弁作動を開始するタイミングにはばらつきが生じ得る。すると、弁体の開弁作動タイミング(噴射開始タイミング)にばらつきが生じることとなる。 Here, the value of the piezo voltage required for the back pressure control valve to start the valve opening operation, that is, the above-described threshold value Vth differs depending on the piezo element temperature at that time. Further, it varies depending on the secular change such as wear of the valve body and the valve seat portion of the back pressure control valve, and the pressure of the supplied fuel. Due to the variation in the threshold value Vth as described above, the timing at which the back pressure control valve starts the valve opening operation may vary. Then, the valve opening operation timing (injection start timing) of the valve body varies.
この問題に対し上記特許文献1に記載の制御では、複数回の駆動電流上昇のうち1回目の上昇に係る充電量を、2回目以降の充電量よりも大きくさせている。換言すれば、1回目の電流上昇に伴うピエゾ電圧の上昇速度(電圧傾斜)を、2回目以降の電流上昇に伴うピエゾ電圧の上昇速度よりも速くする(急峻にする)よう制御している。これによれば、閾値Vthのばらつき量Vσ(図8参照)に対する開弁作動開始タイミングのばらつき幅Tσ1,Tσ2を、符合Tσ1に示すように小さくできる。
With respect to this problem, in the control described in
しかしながら、複数回の電流上昇のうち早い回数目において充電量を大きくすると、ピエゾ素子へ流れる駆動電流が高くなる。特に1回目の充電において充電量を大きくすると、ピエゾ素子へ流れる駆動電流が極端に高くなる。これは、ピエゾ素子への供給エネルギE、駆動電流I及びピエゾ電圧Vは次の式1の関係にあるため、ピエゾ電圧が低い早い回数目(特に1回目)の充電においては駆動電流Iが高くなるからである。
E=∫(I×V)dt…(式1)。
However, if the charge amount is increased in the first number of times of a plurality of current increases, the drive current flowing to the piezo element increases. In particular, when the charge amount is increased in the first charge, the drive current flowing to the piezoelectric element becomes extremely high. This is because the supply energy E to the piezo element, the drive current I, and the piezo voltage V are in the relationship of the following
E = ∫ (I × V) dt (Formula 1).
そして、このように駆動電流Iが高くなると、回路内の抵抗R1部分等における電力損失(損失W=I2R)の著しい増大を招くとともに、背圧制御バルブ等の駆動部品が急激に作動して弁座部等に衝突することによる騒音発生を招く。 When the drive current I increases in this way, the power loss (loss W = I 2 R) in the resistor R1 portion in the circuit and the like is significantly increased, and the drive components such as the back pressure control valve are suddenly operated. This causes noise generation due to collision with the valve seat.
なお、このような電力損失及び騒音発生の問題や噴射開始タイミングのばらつきは、背圧制御バルブを有する燃料噴射弁に限らず、ピエゾ素子により弁体を直接作動させて噴射口を開閉させる直動式の燃料噴射弁についても同様にして生じる。また、ピエゾ素子の伸長により噴射を停止させる構造の燃料噴射弁においては、噴射停止タイミングがばらつくこととなる。 Such power loss and noise generation problems and variations in injection start timing are not limited to the fuel injection valve having the back pressure control valve, but are directly operated by opening and closing the injection port by directly operating the valve element with a piezo element. The same applies to the fuel injection valve of the type. Further, in the fuel injection valve having a structure in which the injection is stopped by the extension of the piezo element, the injection stop timing varies.
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、ピエゾ素子をアクチュエータとして有する燃料噴射弁に関し、噴射切替タイミングのばらつき幅を小さくすることと、電力損失及び騒音発生の抑制との両立を図った燃料噴射弁制御装置及び燃料噴射弁制御システムを提供することにある。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention relates to a fuel injection valve having a piezo element as an actuator, to reduce the variation width of injection switching timing, and to reduce power loss and noise generation. An object of the present invention is to provide a fuel injection valve control device and a fuel injection valve control system that are compatible with suppression.
以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について記載する。先述の如く、1回目の充電においてピエゾ電圧の上昇速度を速くすると、ピエゾ電圧が低い状態であるためピエゾ素子へ流す駆動電流が極端に高くなる。これに対し、2回目以降の充電においてはピエゾ電圧がある程度上昇した状態であるため、前記駆動電流が極端に高くなることはない。以下に説明する本発明はこの点に着目してなされたものである。 Hereinafter, means for solving the above-described problems and the operation and effects thereof will be described. As described above, when the rate of increase of the piezo voltage is increased in the first charge, the piezo voltage is low, so that the drive current flowing to the piezo element becomes extremely high. On the other hand, in the second and subsequent charging, since the piezo voltage is in a state that has risen to some extent, the driving current does not become extremely high. The present invention described below has been made paying attention to this point.
すなわち、請求項1記載の発明では、
燃料の噴射口を開閉する開閉機構、及び前記開閉機構を作動させるピエゾ素子を備え、前記ピエゾ素子への充電に伴い上昇する前記ピエゾ素子の電圧値(ピエゾ電圧)が閾値を超えると、前記ピエゾ素子の伸長により前記開閉機構が作動を開始するよう構成された燃料噴射弁に適用され、
前記ピエゾ素子に充電するにあたり、前記ピエゾ素子へ流す駆動電流の上昇と下降を複数回繰り返し行わせることで、前記電圧値を段階的に上昇させる充電回路を備え、
前記駆動電流の複数回の電流上昇のうち2回目以降の特定回数目の電流上昇に伴う前記電圧値の上昇速度を、該特定回数目の1回前の電流上昇に伴う前記電圧値の上昇速度よりも速くするよう前記充電回路の作動を制御することを特徴とする。
That is, in the invention according to
An opening / closing mechanism that opens and closes a fuel injection port; and a piezoelectric element that operates the opening / closing mechanism. When a voltage value (piezo voltage) of the piezoelectric element that rises due to charging of the piezoelectric element exceeds a threshold value, the piezoelectric element Applied to a fuel injection valve configured to start operation of the opening and closing mechanism by extension of the element;
When charging the piezo element, a charging circuit that increases the voltage value stepwise by repeatedly raising and lowering the drive current flowing to the piezo element multiple times,
Among the plurality of current increases of the drive current, the voltage value increase rate associated with the second specific number of current increases after the second time is represented by the voltage value increase rate associated with the current increase of the previous specific number of times. The operation of the charging circuit is controlled so as to be faster.
これによれば、特定回数目の電流上昇に伴うピエゾ電圧の上昇速度を、特定回数目の1回前の電流上昇に伴うピエゾ電圧の上昇速度よりも速くさせているので、特定回数目にてピエゾ電圧が閾値Vthを超えるよう設定した場合において、閾値Vthのばらつき量Vσ(図8参照)に対する開閉機構の作動開始タイミングのばらつき幅Tσ1,Tσ2を、符合Tσ1に示すように小さくできる。したがって、例えばピエゾ素子の伸長に伴い開閉機構が噴射作動する場合においては噴射開始タイミングのばらつきを小さくできる。また、例えばピエゾ素子の伸長に伴い開閉機構が噴射停止する場合においては噴射停止タイミングのばらつきを小さくできる。 According to this, the increase speed of the piezo voltage due to the current increase of the specific number of times is made faster than the increase speed of the piezo voltage due to the current increase of the previous time of the specific number of times. When the piezo voltage is set to exceed the threshold value Vth, the variation widths Tσ1 and Tσ2 of the operation start timing of the opening / closing mechanism with respect to the variation amount Vσ of the threshold value Vth (see FIG. 8) can be reduced as indicated by the symbol Tσ1. Therefore, for example, when the opening / closing mechanism performs the injection operation with the extension of the piezo element, the variation in the injection start timing can be reduced. In addition, for example, when the opening / closing mechanism stops injection as the piezo element extends, variation in injection stop timing can be reduced.
さらに本発明によれば、前記特定回数目を2回目以降としているので、1回目の電流上昇時にピエゾ電圧の上昇速度を速くした場合に比べて駆動電流のピーク値を低く抑えることができる。よって、駆動電流のピーク値が高くなることに起因して生じる電力損失及び騒音発生の問題を解消できる。 Furthermore, according to the present invention, since the specific number of times is set to the second and subsequent times, the peak value of the drive current can be suppressed lower than when the increase rate of the piezo voltage is increased at the first current increase. Therefore, it is possible to solve the problem of power loss and noise generated due to the high peak value of the drive current.
請求項2記載の発明では、前記特定回数目の電流上昇時において前記ピエゾ素子に投入される単位時間当りの充電エネルギが、前記特定回数目の1回前の電流上昇時よりも多くなるよう前記充電回路を制御することで、前記電圧値の上昇速度を制御することを特徴とする。また、請求項3記載の発明では、前記特定回数目の電流上昇時において前記ピエゾ素子に充電される電荷の上昇速度が、前記特定回数目の1回前の電流上昇時よりも速くなるよう前記充電回路を制御することで、前記電圧値の上昇速度を制御することを特徴とする。これら請求項2,3の制御によれば、請求項1記載の如く電圧値の上昇速度を制御することを、容易に実現できる。 According to a second aspect of the present invention, the charging energy per unit time input to the piezo element when the current rises for the specific number of times is larger than that for the current rise one time before the specific number of times. The rate of increase of the voltage value is controlled by controlling a charging circuit. According to a third aspect of the present invention, the rate of increase in the charge charged in the piezo element when the current rises for the specific number of times is faster than when the current rises one time before the specific number of times. The rate of increase of the voltage value is controlled by controlling a charging circuit. According to the control of the second and third aspects, it is possible to easily realize the control of the rising speed of the voltage value as described in the first aspect.
より具体的には、例えば図5(b)に示すように、ピエゾ素子への駆動電流上昇に伴いピエゾ素子に充電される電荷Qが閾値Qthを超えたことを条件として、駆動電流を下降させるよう切替制御する場合において、特定回数目における前記閾値Qthを大きく設定することで電荷の上昇速度を速くでき、ひいては特定回数目における電圧値上昇速度を速くするように制御できる。 More specifically, for example, as shown in FIG. 5B, the drive current is decreased on condition that the charge Q charged in the piezo element exceeds the threshold value Qth as the drive current to the piezo element increases. In the case of switching control, it is possible to increase the charge rising speed by setting the threshold value Qth large at the specific number of times, and to increase the voltage value increasing speed at the specific number of times.
ところで、ピエゾ素子へ流す駆動電流の上昇と下降を複数回繰り返し行わせるにあたり、各種制御手法が挙げられる。例えば、上昇する駆動電流の値が上限値を超えたことを条件として下降に切り替える制御、下降する駆動電流の値が下限値を超えたことを条件として上昇に切り替える制御、下降する駆動電流の値がゼロになったことを条件として上昇に切り替える制御、等が挙げられる。しかしながらこれらの制御では、特定回数目における電流上昇の開始時期が成り行きとなってしまうため、特定回数目の電流上昇時にピエゾ電圧が閾値を超えることの確実性が低い。そして、特定回数目にて閾値を超えなければ、特定回数目の電圧値の上昇速度を速くしたことによる作動開始タイミングのばらつき幅縮小といった上記効果が発揮されなくなってしまう。 By the way, various control methods can be cited for repeatedly raising and lowering the drive current flowing to the piezoelectric element a plurality of times. For example, control for switching to decrease on condition that the value of the rising drive current exceeds the upper limit value, control for switching to increase on condition that the value of the decreasing drive current exceeds the lower limit value, value of the decreasing drive current The control which switches to a raise on condition that became zero is mentioned. However, in these controls, since the start timing of the current rise at the specific number of times is a phenomenon, the certainty that the piezo voltage exceeds the threshold value at the time of the current rise at the specific number of times is low. If the threshold value is not exceeded at the specific number of times, the above effect of reducing the variation width of the operation start timing by increasing the speed of increase of the voltage value at the specific number of times is not exhibited.
この点を鑑み請求項4記載の発明では、前記特定回数目における電流上昇の開始時期が予め設定した時期となるよう、前記充電回路の作動を制御することを特徴とする。そのため、特定回数目の電流上昇時にピエゾ電圧が閾値を超えることの確実性を高めることができ、ひいては、特定回数目に開閉機構を作動開始させることの確実性を高めることができる。
In view of this point, the invention according to
請求項5記載の発明では、前記噴射口に供給される高圧燃料の圧力、前記高圧燃料から前記ピエゾ素子が受ける荷重、前記ピエゾ素子の温度、及び前記燃料噴射弁の個体情報のうち少なくとも1つをパラメータとして、前記電圧値の上昇速度を制御することを特徴とする。開閉機構が燃料噴射作動又は停止作動を開始するのに必要とするピエゾ電圧(つまり閾値)は、上記パラメータ(圧力、荷重及び温度や燃料噴射弁の個体差)に応じて異なる値となる。例えば、請求項8記載の如く開閉機構を弁体及び背圧制御バルブにより構成した場合において、閾値がどのように異なる値となるかを以下に例示する。
・高圧燃料圧力が高いほど高圧燃料からピエゾ素子が受ける荷重が大きくなり、背圧制御バルブの作動に要する力が大きくなるので閾値は高くなる。
・ピエゾ素子の温度によってピエゾ素子の静電容量が変化するので、ピエゾ素子に投入する充電エネルギが同じであっても温度によって閾値は変化する。
・例えば、背圧制御バルブのうち高圧燃料圧力を受ける部分の受圧面積は燃料噴射弁の個体間で異なる。また、弁体等の各種摺動抵抗は燃料噴射弁の個体間で異なる。このような燃料噴射弁の個体差に起因して閾値に個体差が生じる。
According to a fifth aspect of the present invention, at least one of the pressure of the high-pressure fuel supplied to the injection port, the load received by the piezo element from the high-pressure fuel, the temperature of the piezo element, and the individual information of the fuel injection valve Is used as a parameter to control the rate of increase of the voltage value. The piezo voltage (that is, the threshold value) required for the opening / closing mechanism to start the fuel injection operation or the stop operation becomes a different value depending on the above parameters (pressure, load and temperature, and individual differences of the fuel injection valve). For example, in the case where the opening / closing mechanism is constituted by a valve body and a back pressure control valve as described in
-The higher the high-pressure fuel pressure, the greater the load that the piezo element receives from the high-pressure fuel, and the greater the force required to operate the back pressure control valve, the higher the threshold value.
Since the capacitance of the piezo element changes depending on the temperature of the piezo element, the threshold value changes depending on the temperature even if the charging energy input to the piezo element is the same.
-For example, the pressure receiving area of the portion of the back pressure control valve that receives the high-pressure fuel pressure differs among the individual fuel injection valves. Further, various sliding resistances of the valve body and the like are different among individual fuel injection valves. Due to such individual differences in fuel injection valves, individual differences occur in the threshold value.
以上により、これらのパラメータに応じて電圧値の上昇速度を制御する上記請求項5記載の発明によれば、特定回数目の電流上昇時にピエゾ電圧が閾値を超えるよう充電回路を制御することを容易に実現できる。例えば、先述の図5(b)に示す具体例においては、上記パラメータに応じて閾値Qthを変更させればよい。
As described above, according to the invention of
請求項6記載の発明では、前記個体情報には、予め行われた試験により取得された実測値であって、噴射開始時期が目標とする噴射時期となった時の前記電圧値の上昇速度又は当該上昇速度に相関のある物理量が情報として含まれていることを特徴とする。これによれば、特定回数目の電流上昇時にピエゾ電圧が閾値を超えるように充電回路を制御するにあたり、前記試験による実測値に基づき制御できるので、特定回数目に開閉機構を作動開始させることの確実性を高めることができ、ひいては、特定回数目に開閉機構を作動開始させることの確実性を高めることができる。
In the invention of
請求項7記載の発明では、前記個体情報には、前記ピエゾ素子の静電容量、又は当該静電容量と前記ピエゾ素子の温度との関係を示す特性が情報として含まれていることを特徴とする。これによれば、特定回数目の電流上昇時にピエゾ電圧が閾値を超えるように充電回路を制御するにあたり、ピエゾ素子の温度特性に基づき制御できるので、特定回数目に開閉機構を作動開始させることの確実性を高めることができ、ひいては、特定回数目に開閉機構を作動開始させることの確実性を高めることができる。
The invention according to
なお、上述した各種個体情報をQRコード(登録商標)、ICメモリ、補正抵抗等の記憶手段に記憶させておき、その記憶手段を燃料噴射弁に備えさせることが望ましい。 In addition, it is desirable to store the various individual information described above in storage means such as a QR code (registered trademark), an IC memory, and a correction resistor, and to provide the storage means in the fuel injection valve.
請求項8記載の発明では、前記開閉機構は、前記噴射口を開閉する弁体、及び前記ピエゾ素子の駆動力により作動して前記弁体の背圧を制御する背圧制御バルブを有して構成され、前記背圧制御バルブは、前記ピエゾ素子の電圧値が閾値を超えると、前記弁体を開作動させるべく前記背圧を低下させる作動を開始することを特徴とする。なお、当該請求項8記載の発明の他には、ピエゾ素子により弁体を直接作動させて噴射口を開閉させる直動式の燃料噴射弁に適用させることが挙げられる。また、ピエゾ素子への充電による伸長に伴い弁体を開作動させる燃料噴射弁の他に、ピエゾ素子からの放電による縮小に伴い弁体を閉作動させる燃料噴射弁への適用も具体例として挙げられる。 According to an eighth aspect of the present invention, the opening / closing mechanism includes a valve body that opens and closes the injection port, and a back pressure control valve that operates by the driving force of the piezo element to control the back pressure of the valve body. The back pressure control valve is configured to start an operation of reducing the back pressure to open the valve body when a voltage value of the piezoelectric element exceeds a threshold value. In addition to the eighth aspect of the invention, the invention may be applied to a direct-acting fuel injection valve in which a valve element is directly operated by a piezo element to open and close an injection port. In addition to the fuel injection valve that opens the valve body when the piezo element is extended by charging, the application to a fuel injection valve that closes the valve body when the piezo element is reduced by discharge from the piezoelectric element is given as a specific example. It is done.
請求項9記載の発明は、燃料噴射弁と、上記燃料噴射弁制御装置と、を備えることを特徴とする燃料噴射弁制御システムである。この燃料噴射弁制御システムによれば、上述の各種効果を同様に発揮することができる。
The invention described in
以下、本発明を具体化した各実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。 Hereinafter, embodiments embodying the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, the same or equivalent parts are denoted by the same reference numerals in the drawings.
(第1実施形態)
以下、本発明にかかる燃料噴射制御装置を、車両に搭載されたコモンレール式のディーゼル機関の燃料噴射制御装置に適用した第1実施形態について図面を参照しつつ説明する。
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment in which a fuel injection control device according to the present invention is applied to a fuel injection control device of a common rail type diesel engine mounted on a vehicle will be described with reference to the drawings.
図1に、本実施形態におけるエンジンシステムの全体構成を示す。 FIG. 1 shows the overall configuration of the engine system in the present embodiment.
図示されるように、燃料タンク1内の燃料は、燃料フィルタ2を介して燃料ポンプ3によって汲み上げられる。この燃料ポンプ3は、燃料調量弁4を備えており、この燃料調量弁4が操作されることで、外部に吐出される燃料量が決定される。燃料ポンプ3からの燃料は、コモンレール5に加圧供給される。コモンレール5は燃料ポンプ3から加圧供給された燃料を高圧状態で蓄え、蓄圧された高圧燃料は、高圧燃料通路6を介して各気筒(ここでは、4気筒を例示)のピエゾインジェクタPI(燃料噴射弁)に供給される。ピエゾインジェクタPIは、低圧燃料通路7と接続されており、低圧燃料通路7を介して燃料を燃料タンク1に戻すことが可能となっている。
As shown in the figure, the fuel in the
次に、図2に基づきピエゾインジェクタPIの構造について説明する。 Next, the structure of the piezo injector PI will be described with reference to FIG.
ピエゾインジェクタPIのボディ10の先端には、円柱状のニードル収納部10aが設けられている。そして、ニードル収納部10aには、その軸方向に変位可能なノズルニードル11(弁体)が収納されている。また、ニードル収納部10aには、上記高圧燃料通路6を介して高圧燃料が供給される。ノズルニードル11は、ボディ10の先端部に形成されている環状のニードルシート部10bに着座することで、ニードル収納部10aを高圧燃料通路6から遮断する一方、ニードルシート部10bから離座することで、ニードル収納部10aを高圧燃料通路6と連通させる。
A columnar needle storage portion 10a is provided at the tip of the
ノズルニードル11の背面側(ニードルシート部10bと対向する側の反対側)は、背圧室10cに対向している。背圧室10cには、高圧燃料通路6からの燃料がオリフィス10dを介して供給される。また、背圧室10cには、ノズルニードル11をニードルシート部10b側へ押すニードルスプリング12が備えられている。
The back side of the nozzle needle 11 (the side opposite to the side facing the
背圧室10cは、背圧制御バルブ13を介して上記低圧燃料通路7に連通可能とされている。背圧制御バルブ13は、その背面側が環状の上側バルブシート部10eに着座することで低圧燃料通路7と背圧室10cとを遮断し、ボディ10の先端側へ変位することで低圧燃料通路7と背圧室10cとを連通させる。さらにボディ先端側へ変位して背圧制御バルブ13のボディ10先端側が環状の下側バルブシート部10gに着座すると、背圧制御バルブ13が収容されている弁室と高圧燃料通路6とは背圧制御バルブ13により遮断される。但し、弁室と背圧室10cとはオリフィス10hを介して常時連通している。
The
背圧制御バルブ13のうち上側バルブシート部10e側は、プレッシャピン14を介して小径ピストン15と連結されている。小径ピストン15の後部側は、小径ピストン15よりも径の大きな大径ピストン16の先端と対向している。そして、小径ピストン15、大径ピストン16、及びボディ10の内周面によって変位伝達室10fが区画形成されている。変位伝達室10fには、例えば燃料等の適宜の流体が充填されている。一方、大径ピストン16は、そのボディ10の後方側がピエゾ素子PEと連結されている。ちなみに、ピエゾ素子PEは、大径ピストン16と対向する側の裏面側がボディ10に固定されている。なお、特許請求の範囲に記載の「開閉機構」は、ノズルニードル11、ニードルスプリング12、背圧制御バルブ13、プレッシャピン14、小径ピストン15、大径ピストン16等に相当する。
The upper valve seat 10 e side of the back
ピエゾ素子PEは、複数の圧電素子が積層されてなる積層体(ピエゾスタック)を備え、これが逆圧電効果により伸縮することによりアクチュエータとして機能する。具体的には、ピエゾ素子PEは、容量性の負荷であり、充電されることで伸長し、放電されることで縮小する。ちなみに、本実施形態にかかるピエゾ素子PEは、PZT(ジルコン酸チタン酸鉛)等の圧電材料の圧電素子を利用したものである。 The piezo element PE includes a laminate (piezo stack) formed by laminating a plurality of piezoelectric elements, and functions as an actuator by expanding and contracting due to a reverse piezoelectric effect. Specifically, the piezo element PE is a capacitive load, and expands when charged and shrinks when discharged. Incidentally, the piezoelectric element PE according to the present embodiment uses a piezoelectric element of a piezoelectric material such as PZT (lead zirconate titanate).
ピエゾ素子PEへ電流が供給されずピエゾ素子PEが収縮状態にあるときには、高圧燃料通路6の高圧燃料により力が及ぼされることから、背圧制御バルブ13や小径ピストン15はボディ10の後方に位置することとなる。このとき、背圧制御バルブ13により背圧室10cと低圧燃料通路7とは遮断されている。このため、背圧室10c内の燃料の圧力(コモンレール5内の燃料の圧力)及びニードルスプリング12の弾性力によって、ノズルニードル11は、ボディ10先端側へと押されてニードルシート部10bに着座した状態(閉弁状態)となる。
When no current is supplied to the piezo element PE and the piezo element PE is in a contracted state, force is exerted by the high pressure fuel in the high
一方、ピエゾ素子PEに電流が供給されることでピエゾ素子PEが伸長状態となると、背圧制御バルブ13はボディ10の先端側へ移動する。これにより、背圧室10cが低圧燃料通路7と連通される。その結果、背圧室10c内の燃料の圧力が低下し、ニードル収納部10a内の高圧燃料がノズルニードル11をボディ10の後方へ押す力F1が大きくなる。そして、背圧室10c内の燃料及びニードルスプリング12がノズルニードル11をボディ10の前方へ押す力F2よりも、前記後方へ押す力F1が所定以上大きくなると、ノズルニードル11はニードルシート部10bから離座した状態(開弁状態)となり、開状態となった噴射口10iから高圧燃料通路6の燃料が噴射されることとなる。
On the other hand, when a current is supplied to the piezo element PE, the back
先の図1に示したエンジンシステムは、コモンレール5内の燃圧(レール圧PC)を検出する燃圧センサ5aや、ディーゼル機関の出力軸の回転角度を検出するクランク角センサ20a等、ディーゼル機関の運転状態を検出する各種センサや、アクセルペダルの操作量を検出するアクセルセンサ20bを備えている。
The engine system shown in FIG. 1 operates a diesel engine such as a
これら各種センサの検出結果は制御ユニット20に取り込まれる。制御ユニット20では、こうした検出値に基づき、ピエゾインジェクタPIや燃料調量弁4等、ディーゼル機関の各種アクチュエータを操作する。特に制御ユニット20では、上記各種センサの検出値に基づきピエゾインジェクタPIを操作することで、燃料噴射制御を行う。
The detection results of these various sensors are taken into the
次に、図3に基づき制御ユニット20の構成と作動概略について説明する。
Next, the configuration and operation outline of the
制御ユニット20が有するマイクロコンピュータ21は、アクセルセンサ20bによって検出されるアクセルペダルの操作量とクランク角センサ20aの検出値から定まる出力軸の回転速度とに基づき、ディーゼル機関の出力トルクの要求を満たす要求噴射量を算出する。そして、算出した要求噴射量と燃圧センサ5aの検出値とに基づき、ピエゾインジェクタPIに対する噴射指令値(指令噴射期間)をマップ演算し、その指令値に応じた駆動信号IJTを制御IC22に出力する。
The
制御IC22は、入力された駆動信号IJTに基づき駆動回路23を制御することで、ピエゾインジェクタPIへの電力供給状態(つまり、ピエゾインジェクタPIへの充放電)を制御する。これにより、要求噴射量の燃料を所望のタイミングで噴射するようピエゾインジェクタPIが伸縮し、ピエゾインジェクタPIから噴射される燃料の噴射量、噴射時期及び噴射段等の噴射形態が制御される。なお、これらの制御IC22及び駆動回路23は、特許請求の範囲に記載の充電回路に相当する。
The
駆動回路23からADコンバータ及びDSP24には各種検出信号が入力され、当該検出信号は、ADコンバータ及びDSP24にて入力処理等がなされた後、マイクロコンピュータ21及び制御IC22に送信される。
Various detection signals are input from the
ピエゾインジェクタPIには、噴射特性や静電容量その他の各種個体差があり、このような固有の特性は、車両を市場に出荷する前の製造工程時にて予め計測されている。そして、夫々のピエゾインジェクタPIが同じように作動するよう調整された調整データを含む個体情報が、QRコード10j(記憶手段)に記憶され、当該QRコード10jはピエゾインジェクタPIに印字されている。なお、QRコード10j以外の記憶手段としてはICメモリ及び補正抵抗器等が挙げられる。 The piezo injector PI has various individual differences such as injection characteristics, capacitance, and the like, and such unique characteristics are measured in advance during the manufacturing process before the vehicle is shipped to the market. Individual information including adjustment data adjusted so that each piezo injector PI operates in the same manner is stored in the QR code 10j (storage means), and the QR code 10j is printed on the piezo injector PI. Note that storage means other than the QR code 10j includes an IC memory and a correction resistor.
QRコード10jに記憶された個体情報は、エンジンの製造工程やサービス店においてQRコードリーダ30によって読み取られ、外部ツール31によって制御ユニット20内のEEPROM25に書き込まれる。マイクロコンピュータ21では、上述の如く噴射指令値を算出するにあたり、EEPROM25に書き込まれた個体情報等を用いて、マップ演算により得られた噴射指令値を補正する。
The individual information stored in the QR code 10j is read by the
次に、図4に基づき駆動回路23の構成とその回路動作について説明する。
Next, the configuration of the
多気筒エンジンに適用された本実施形態では、ピエゾインジェクタPIが複数個並列に接続され、噴射する気筒のピエゾインジェクタPIが選択スイッチで選択されるように構成される。図4ではこの選択スイッチの図示を省略している。 In this embodiment applied to a multi-cylinder engine, a plurality of piezo injectors PI are connected in parallel, and the piezo injector PI of the cylinder to be injected is selected by a selection switch. In FIG. 4, the selection switch is not shown.
駆動回路23は、バッテリBaの電圧(例えば「12V」)を、ピエゾ素子PEを充電するための高電圧(例えば「200〜300V」)に昇圧するDC/DCコンバータ(昇圧回路)を備えている。このDC/DCコンバータは、昇圧コイルL1、昇圧スイッチSW3、整流ダイオードD3及びバッファコンデンサC1から構成されている。制御IC22により昇圧スイッチSW3をON−OFFさせることで、昇圧コイルL1により昇圧された高電圧で、ピエゾ素子PEに供給するための電荷をバッファコンデンサC1に蓄えさせる。ちなみに、バッファコンデンサC1は、ピエゾ素子PEへの1回の充電処理によってはその電圧がほとんど変化しない容量(例えば「30μF〜数100μF」程度)を有するものであることが望ましい。
The
なお、バッファコンデンサC1の接地側にはシャント抵抗R1が設けられており、シャント抵抗R1での電圧を制御IC22が取り込む。これにより、制御IC22は、バッファコンデンサC1の充電・放電に伴い流れた電流を検出している。
A shunt resistor R1 is provided on the ground side of the buffer capacitor C1, and the
ピエゾ素子PEは電気的には容量性負荷であるため、バッファコンデンサC1の電荷をピエゾ素子PEに供給して充電させると、ピエゾ素子PEは伸長駆動して燃料を噴射させることとなる。また、ピエゾ素子PEに蓄えられた電荷を放電させると、ピエゾ素子PEは縮小駆動して燃料噴射を停止させることとなる。以下、本実施形態にかかるピエゾ素子PEの変位量制御、つまり充電処理及び放電処理を行った時の回路動作について詳述する。 Since the piezo element PE is electrically a capacitive load, when the electric charge of the buffer capacitor C1 is supplied to the piezo element PE and charged, the piezo element PE is driven to expand and inject fuel. Further, when the electric charge stored in the piezo element PE is discharged, the piezo element PE is driven to reduce and stop fuel injection. Hereinafter, the circuit operation when the displacement amount control of the piezoelectric element PE according to the present embodiment, that is, the charging process and the discharging process is performed will be described in detail.
(充電処理時の回路動作)
マイクロコンピュータ21から上記駆動信号IJTが制御IC22に入力されることで、制御IC22は、充電スイッチSW1のオン・オフ操作によるチョッパ制御を開始する。具体的には、後述するトリガ信号TRGGの立ち上がりエッジをトリガとして充電スイッチSW1がオン操作されると、バッファコンデンサC1、充電スイッチSW1、充放電コイルL2、ピエゾ素子PEからなる閉ループ回路が形成される。これにより、バッファコンデンサC1の電荷がピエゾ素子PEに充電される。このとき、ピエゾ素子PEを介して流れる電流(以下、「ピエゾ電流」と呼ぶ)の量が漸増する(電流量の漸増操作)。
(Circuit operation during charge processing)
When the drive signal IJT is input from the
そして、シャント抵抗R1を流れた電流の積分値、つまりバッファコンデンサC1からピエゾ素子PEへ放出された電荷量Qactが、予め設定された閾値Qth(図5(b)参照)を超えると、充電スイッチSW1をオフ操作する。したがって、実際の電荷量Qactの挙動は、図5(b)中の点線とはならず、閾値Qth以下に制限された実線に示す挙動となる。なお、本実施形態では、シャント抵抗R1により検出されたバッファコンデンサC1からの電流値をピエゾ電流の代わりに用いているが、ピエゾ素子PEにもシャント抵抗を設けて実際のピエゾ電流を検出するようにしてもよい。 When the integral value of the current flowing through the shunt resistor R1, that is, the charge amount Qact discharged from the buffer capacitor C1 to the piezo element PE exceeds a preset threshold value Qth (see FIG. 5B), the charge switch SW1 is turned off. Therefore, the actual behavior of the charge amount Qact is not the dotted line in FIG. 5B, but the behavior shown by the solid line limited to the threshold value Qth or less. In this embodiment, the current value from the buffer capacitor C1 detected by the shunt resistor R1 is used in place of the piezo current. However, the piezo element PE is also provided with a shunt resistor to detect the actual piezo current. It may be.
一方、充電スイッチSW1のオン操作の後、先述の閾値Qthに基づき充電スイッチSW1がオフ操作されることで、充放電コイルL2、ピエゾ素子PE、還流ダイオードD2からなる閉ループ回路が形成される。これにより、充放電コイルL2のフライホイールエネルギが、ピエゾ素子PEに充電される。このとき、ピエゾ電流量が漸減する(電流量の漸減操作)。そして、次のトリガ信号TRGGの立ち上がりエッジをトリガとして、充電スイッチSW1を再度オン操作する。 On the other hand, after the charging switch SW1 is turned on, the charging switch SW1 is turned off based on the above-described threshold value Qth, thereby forming a closed loop circuit including the charging / discharging coil L2, the piezo element PE, and the reflux diode D2. Thereby, the flywheel energy of the charge / discharge coil L2 is charged in the piezo element PE. At this time, the piezoelectric current amount gradually decreases (current amount gradually decreasing operation). Then, the charging switch SW1 is turned on again using the rising edge of the next trigger signal TRGG as a trigger.
以上により、上記態様にて充電スイッチSW1が操作されると、ピエゾ素子PEが充電され、ピエゾ素子PEの高電位となる端子側の電位(以下、「ピエゾ電圧」と呼ぶ)が上昇する。具体的には、図5(c)の如く充電スイッチSW1をオン・オフ操作すると、図5(e)の如くピエゾ電流の上昇と下降が複数回繰り返し行われ、図5(f)の如くピエゾ電圧が段階的に上昇する。 As described above, when the charge switch SW1 is operated in the above-described manner, the piezoelectric element PE is charged, and the potential on the terminal side (hereinafter referred to as “piezo voltage”) that becomes a high potential of the piezoelectric element PE increases. Specifically, when the charging switch SW1 is turned on / off as shown in FIG. 5C, the piezo current is repeatedly increased and decreased as shown in FIG. 5E, and the piezo current is changed as shown in FIG. 5F. The voltage increases step by step.
(放電処理時の回路動作)
マイクロコンピュータ21からの駆動信号IJTが反転すると、制御IC22は、放電スイッチSW2のオン・オフ操作によるチョッパ制御を開始する。具体的には、駆動信号IJTの立ち下がりエッジをトリガとして放電スイッチSW2がオン操作されることで、ピエゾ素子PE、充放電コイルL2、放電スイッチSW2によって閉ループ回路が形成される。これにより、ピエゾ素子PEが放電される。このとき、ピエゾ電流量が漸減する(電流量の漸減操作)。そして、ピエゾ電流が閾値Ith1より下がると、放電スイッチSW2をオフ操作する。
(Circuit operation during discharge processing)
When the drive signal IJT from the
一方、放電スイッチSW2のオン操作の後、先述の閾値Ith1に基づき放電スイッチSW2がオフ操作されることで、ピエゾ素子PE、充放電コイルL2、回収ダイオードD1、バッファコンデンサC1によって閉ループ回路が形成される。これにより、充放電コイルL2のフライホイールエネルギがバッファコンデンサC1に回収される。このとき、ピエゾ電流の放電量が漸増する(電流量の漸増操作)。そして、ピエゾ電流が閾値Ith2より上がると、放電スイッチSW2を再度オン操作する。 On the other hand, after the discharge switch SW2 is turned on, the discharge switch SW2 is turned off based on the aforementioned threshold value Ith1, thereby forming a closed loop circuit by the piezo element PE, the charge / discharge coil L2, the recovery diode D1, and the buffer capacitor C1. The Thereby, the flywheel energy of the charge / discharge coil L2 is recovered by the buffer capacitor C1. At this time, the discharge amount of the piezo current gradually increases (current amount gradually increasing operation). When the piezoelectric current rises above the threshold value Ith2, the discharge switch SW2 is turned on again.
以上により、上記態様にて放電スイッチSW2が操作されると、ピエゾ素子PEが放電されてピエゾ電圧が下降する。具体的には、図5(d)の如く充電スイッチSW2をオン・オフ操作すると、図5(e)の如くピエゾ電流(駆動電流)の上昇と下降が複数回繰り返し行われ、図5(f)の如くピエゾ電圧が段階的に下降する。そして、充放電コイルL2の両端電圧がゼロとなると電流の流れが終了する。なお、クランプダイオードD4は、ピエゾ電圧が負電圧になるのを防止するものである。 As described above, when the discharge switch SW2 is operated in the above manner, the piezo element PE is discharged and the piezo voltage drops. Specifically, when the charging switch SW2 is turned on / off as shown in FIG. 5D, the piezo current (driving current) is repeatedly raised and lowered as shown in FIG. ) The piezo voltage falls step by step. Then, when the voltage across the charge / discharge coil L2 becomes zero, the current flow ends. The clamp diode D4 prevents the piezo voltage from becoming a negative voltage.
次に、図5、図6及び図7を用いて、制御IC22による充電処理及び放電処理の手順を説明する。図5に示すタイミングチャートのうち、(a)は駆動信号IJTのオン・オフ変化、(b)はシャント抵抗R1を流れた電荷量Qactの変化、(c)は充電スイッチSW1のオン・オフ変化、(d)は放電スイッチのオン・オフ変化、(e)はピエゾ電流の変化、(f)はピエゾ電圧の変化を示す。図6は、制御IC22が上述の充電処理を行う時の処理手順を示すフローチャートである。図7は、充電処理に用いる閾値Qth及びトリガ信号TRGGを算出するよう機能する時の、制御IC22のブロック図である。
Next, the procedure of the charging process and the discharging process by the
(充電処理の制御手順)
先ず、図6のステップS1において、マイクロコンピュータ21から制御IC22へ入力されている駆動信号IJTがオン状態であるか否かを判定する。駆動信号IJTがオン状態になり駆動信号IJTの立ち上がりエッジ(図5(a)中の符号t1参照)を検出すると(S1:YES)、続くステップS2において放電スイッチSW2をオフにする(この処置の理由については後述する)と同時に、ステップS3において、図7に示すブロックB9のデータに基づきトリガ信号TRGGを生成する。
(Charge processing control procedure)
First, in step S1 of FIG. 6, it is determined whether or not the drive signal IJT input from the
このトリガ信号TRGGは、充電スイッチSW1のオンタイミングを決定するための信号であり、トリガ信号TRGGの立ち上がりエッジで充電スイッチSW1がオンする。つまり、ブロックB9に記憶されているデータは、1回の充電期間(図5に示すt1〜t5の期間)における充電スイッチSW1のオンタイミングをスケジューリングしているデータと言える。本実施形態のブロックB9のデータは、等間隔の周期で充電スイッチSW1をオンさせるようにスケジューリングしているが、不等間隔の周期であっても構わない。1回の充電では少なくとも3回以上充電スイッチSW1をオンさせている。なお、ブロックB9のデータは、イニシャライズ時にマイクロコンピュータ21から制御IC22へ転送されたデータであり、マイクロコンピュータ21からのクロック信号timeに基づいてトリガ信号TRGGは生成される。
The trigger signal TRGG is a signal for determining the on timing of the charging switch SW1, and the charging switch SW1 is turned on at the rising edge of the trigger signal TRGG. That is, the data stored in the block B9 can be said to be data that schedules the on-timing of the charging switch SW1 in one charging period (period t1 to t5 shown in FIG. 5). The data of the block B9 of the present embodiment is scheduled so that the charging switch SW1 is turned on at regular intervals, but may be at irregular intervals. In one charge, the charge switch SW1 is turned on at least three times or more. The data of the block B9 is data transferred from the
続くステップS4では、ステップS3にて生成したトリガ信号TRGGがオン状態であるか否かを判定する。トリガ信号TRGGの立ち上がりエッジ(図5(c)参照)が検出されてトリガ信号TRGGがオン状態になると(S4:YES)、続くステップS5において充電スイッチSW1をオンにする。 In subsequent step S4, it is determined whether or not the trigger signal TRGG generated in step S3 is in an ON state. When the rising edge (see FIG. 5C) of the trigger signal TRGG is detected and the trigger signal TRGG is turned on (S4: YES), the charging switch SW1 is turned on in the subsequent step S5.
続くステップS6では、後に詳述するブロックB1〜B8により、先述の閾値Qth(図5(b)参照)を算出する。続くステップS7では、シャント抵抗R1を流れる電流を積分して得られた電荷量Qactが、ステップS6にて算出した電荷の閾値Qthを超えたか否かを判定する。電荷量Qactが閾値Qthを超えたと判定された場合(S7:YES)には、続くステップS8にて充電スイッチSW1をオフさせる。 In the subsequent step S6, the aforementioned threshold value Qth (see FIG. 5B) is calculated by blocks B1 to B8 described in detail later. In subsequent step S7, it is determined whether or not the charge amount Qact obtained by integrating the current flowing through the shunt resistor R1 exceeds the charge threshold value Qth calculated in step S6. If it is determined that the charge amount Qact exceeds the threshold value Qth (S7: YES), the charging switch SW1 is turned off in the subsequent step S8.
続くステップS9では、駆動信号IJTのオン立ち上がり時点t1(図5(a)参照)から所定時間が経過してt5時点に達したか否かが判定される。ステップS3〜S8による充電スイッチSW1のオン・オフが繰り返された後、t5に達した時点(S9:YES)で、図6に示す一連の充電処理を終了する。但し、t5に達していなかったとしても、ブロックB9のトリガ信号TRGGのオン生成が終了していれば、t5よりも前の時点t4で充電処理は終了していることになる。なお、シャント抵抗R1を流れた電流を積分器で積分演算して得られた電荷量Qactの値は、トリガ信号TRGGの立ち上がりエッジ時点t1又は所定時間経過時点t5に積分器がリセットされることによりゼロとなる。 In the subsequent step S9, it is determined whether or not a predetermined time has elapsed from the time point t1 when the drive signal IJT is turned on (see FIG. 5A) and the time point t5 has been reached. After the charging switch SW1 is repeatedly turned on and off in steps S3 to S8, at a time point t5 is reached (S9: YES), the series of charging processes shown in FIG. 6 is terminated. However, even if t5 has not been reached, if the ON generation of the trigger signal TRGG of the block B9 has been completed, the charging process has been completed at a time t4 prior to t5. Note that the value of the charge amount Qact obtained by integrating the current flowing through the shunt resistor R1 with an integrator is reset when the integrator is reset at the rising edge time t1 of the trigger signal TRGG or at a predetermined time t5. It becomes zero.
(放電処理の制御手順)
マイクロコンピュータ21から制御IC22へ入力されている駆動信号IJTがオフになると、その時点t6から放電処理を開始し、放電処理開始から所定時間が経過してt7時点に達すると放電処理を終了する。より詳細に説明すると、先ずt6時点にて駆動信号IJTの立ち下がりエッジを検出すると、放電スイッチSW2をオンさせる(図5(d)参照)。放電スイッチSW2のオンに伴いピエゾ電流(シャント抵抗は図示せず)が下降して電流閾値Ith1よりも低くなると(図5(e)参照)、放電スイッチSW2をオフさせる。
(Discharge treatment control procedure)
When the drive signal IJT input from the
その後、放電スイッチSW2のオフに伴いピエゾ電流が上昇して電流閾値Ith2よりも高くなると、放電スイッチSW2を再びオンさせる。このように放電スイッチSW2のオン・オフを繰り返してピエゾ素子PEの電荷を放電することで、ピエゾ電圧が徐々に降下していく(図5(f)参照)。ある程度までピエゾ電圧が降下すると、充放電コイルL1の両端電位差が少なくなるため、ピエゾ電流が閾値Ith1を越えるほどには低下しなくなる。そこで、放電スイッチSW2のオン時間が所定時間を経過した場合には、放電スイッチSW2を強制的にオフさせることで、スイッチングを可能にしている。 Thereafter, when the piezo current increases with the discharge switch SW2 being turned off and becomes higher than the current threshold value Ith2, the discharge switch SW2 is turned on again. Thus, by repeatedly turning on / off the discharge switch SW2 to discharge the electric charge of the piezo element PE, the piezo voltage gradually decreases (see FIG. 5F). When the piezo voltage drops to a certain extent, the potential difference between both ends of the charge / discharge coil L1 decreases, so that the piezo current does not drop as the threshold Ith1 is exceeded. Therefore, when the on-time of the discharge switch SW2 has passed a predetermined time, switching is enabled by forcibly turning off the discharge switch SW2.
放電処理の終了時点t7でピエゾ素子PEに残ってしまう残電荷は、その終了時点t7で放電スイッチSW2をオンしたままにすることで、完全に電荷を放電させる。したがって、次回に駆動信号IJTの入力があったときには、図6のステップS2で説明したように、まず放電スイッチSW2をオフさせる。 The remaining charge remaining in the piezo element PE at the end time t7 of the discharge process is completely discharged by keeping the discharge switch SW2 turned on at the end time t7. Therefore, when the drive signal IJT is input next time, the discharge switch SW2 is first turned off as described in step S2 of FIG.
(閾値Qthの算出手順)
ところで、バッファコンデンサC1から放出されるエネルギは、エネルギ保存則にしたがってピエゾ素子PEに充電される。したがって、充電エネルギEは、バッファコンデンサC1の放出エネルギと同じであると言えるため、次の式2で算出することができる。なお、バッファコンデンサC1からピエゾ素子PEに流れるバッファコンデンサ電流をIC1、バッファコンデンサ電圧をVC1とする。
E=∫(VC1×IC1)dt…(式2)。
(Calculation procedure of threshold value Qth)
By the way, the energy released from the buffer capacitor C1 is charged in the piezo element PE according to the energy conservation law. Therefore, since it can be said that the charging energy E is the same as the energy released from the buffer capacitor C1, it can be calculated by the
E = ∫ (VC1 × IC1) dt (Formula 2).
そして、先述の如く、バッファコンデンサC1の容量は、ピエゾ素子PEへの1回の充電処理によってはその電圧がほとんど変化しない容量に設定されているため、バッファコンデンサ電圧VC1は略一定であると言える。よって、上記式2は次の式3に変形できる。
E=VC1×∫IC1dt…(式3)。
As described above, the capacity of the buffer capacitor C1 is set to a capacity at which the voltage hardly changes by a single charging process to the piezo element PE. Therefore, it can be said that the buffer capacitor voltage VC1 is substantially constant. . Therefore, the
E = VC1 × ∫IC1dt (Equation 3).
式3中のdtは充電スイッチSW1のオン時間であるため、式3中の∫IC1dtの項は、バッファコンデンサC1からピエゾ素子PEに流れる電荷量Qactであると言える。つまり、上記式3は次の式4に変形できる。
E=VC1×Qact…(式4)。
Since dt in
E = VC1 × Qact (Formula 4).
式4中のバッファコンデンサ電圧VC1は略一定であるため、充電エネルギEは電荷量Qactにより一義的に決定される値であると言える。したがって、バッファコンデンサC1からピエゾ素子PEへ放出される電荷量Qactを閾値Qthにより制御するということは、ピエゾ素子PEへの充電エネルギを制御していると言える。そのため、シャント抵抗R1にてバッファコンデンサ電流IC1を検出すれば、エネルギは実際に計測しなくとも充電エネルギEを容易に把握することができる。
Since the buffer capacitor voltage VC1 in
以上の点を鑑み、本実施形態では充電処理で用いる閾値Qthを次の如く算出している。つまり、図6の充電処理では、t1〜t5による1回の充電によりピエゾ素子PEに投入される充電エネルギEが目標エネルギEtrgとなるよう、充電スイッチSW1のオン・オフ作動をオープン制御している。目標エネルギEtrgは、主にレール圧PCに基づき算出されるとともに、さらにはピエゾインジェクタPIの個体情報及び温度特性等に基づき補正される。そして、1回の充電量が目標エネルギEtrgとなるよう閾値Qthを算出している。 In view of the above points, in this embodiment, the threshold value Qth used in the charging process is calculated as follows. That is, in the charging process of FIG. 6, the on / off operation of the charging switch SW1 is open-controlled so that the charging energy E input to the piezo element PE by the single charging at t1 to t5 becomes the target energy Etgr. . The target energy Etgr is calculated mainly based on the rail pressure PC, and further corrected based on individual information, temperature characteristics, and the like of the piezo injector PI. Then, the threshold value Qth is calculated so that one charge amount becomes the target energy Etgr.
閾値Qthの算出手法を、図7のブロックB1〜B8を用いてより具体的に説明すると、先ずブロックB1において、レール圧PC及びピエゾインジェクタPIの個体情報に基づき、マップを用いて目標エネルギEtrgに対するベース値Ebasを算出する。ピエゾ素子PEの伸長力が高圧燃料から背圧制御バルブ13が受ける力を上回った時点で開弁作動を開始することは前述した通りである。そのため、図9に示すように、レール圧PCが高いほど開弁作動開始に必要な伸長力は大きくなる。したがって、レール圧PCの所定領域においては、レール圧PCが高いほどベース値Ebasを高く設定している。また、ピエゾインジェクタPIの個体差に応じてレール圧PCに対するベース値Ebasの値を変更させている。
The calculation method of the threshold value Qth will be described more specifically with reference to blocks B1 to B8 in FIG. 7. First, in block B1, based on the individual information of the rail pressure PC and the piezo injector PI, the map is used to calculate the target energy Etgr. A base value Ebas is calculated. As described above, the valve opening operation is started when the extension force of the piezo element PE exceeds the force received by the back
なお、ブロックB1,B5等で用いる個体差情報は、車両を市場に出荷する前の製造工程時にて予め計測しておき、先述したQRコード10jに記憶させておくことが望ましいが、車両運転中に各種検出値に基づき推定するようにしてもよい。 The individual difference information used in the blocks B1, B5, etc. is preferably measured in advance during the manufacturing process before shipping the vehicle to the market and stored in the above-described QR code 10j. Alternatively, estimation may be performed based on various detection values.
ピエゾインジェクタPIの伸長量は、充電エネルギEが同じであってもその時のピエゾ素子温度TP’によって異なる。そこで、ブロックB6ではピエゾ素子温度TP’に基づきマップを用いて補正量ΔEを算出し、ブロックB2では、補正量ΔEをベース値Ebasに加算することで最終的な目標エネルギEtrgを算出する。 The extension amount of the piezo injector PI varies depending on the piezo element temperature TP 'at that time even if the charging energy E is the same. Therefore, in block B6, the correction amount ΔE is calculated using a map based on the piezo element temperature TP ′, and in block B2, the final target energy Etgr is calculated by adding the correction amount ΔE to the base value Ebas.
ブロックB6で用いるピエゾ素子温度TP’は、ブロックB4,B5において、別途算出されたピエゾ素子PEの容量Cp及びピエゾインジェクタPIの固体情報に基づき、マップを用いて推定される。具体的には、ピエゾ容量Cpは温度に依存して変化する特性があるため、ピエゾ容量Cpに基づきピエゾ素子温度TPをブロックB4にて推定することができる。ブロックB4にて推定されたピエゾ素子温度TPは、ピエゾインジェクタPIの個体情報による値がブロックB5にて乗算されることで補正される。 The piezo element temperature TP ′ used in the block B6 is estimated using a map based on the separately calculated capacitance Cp of the piezo element PE and solid state information of the piezo injector PI in the blocks B4 and B5. Specifically, since the piezo capacitance Cp has a characteristic that changes depending on the temperature, the piezo element temperature TP can be estimated in the block B4 based on the piezo capacitance Cp. The piezo element temperature TP estimated in the block B4 is corrected by multiplying the value of the individual information of the piezo injector PI in the block B5.
閾値Qthを制御することで充電エネルギEを制御することは上述した通りである。そこでブロックB3,B7,B8では、ブロックB2で算出した目標エネルギEtrgを、図6のステップS7の処理で用いる閾値Qthに変換する。具体的には、閾値Qthに対するベース値QbasをブロックB7で決定し、目標エネルギEtrgに基づきマップを用いてゲインKgainをブロックB3で算出する。そして、ブロックB8においてベース値QbasにゲインKgainを乗算することで、閾値Qthを算出する。 Controlling the charging energy E by controlling the threshold value Qth is as described above. Therefore, in blocks B3, B7, and B8, the target energy Etgr calculated in block B2 is converted to a threshold value Qth used in the process of step S7 in FIG. Specifically, a base value Qbas for the threshold value Qth is determined in block B7, and a gain Kgain is calculated in block B3 using a map based on the target energy Etgr. Then, the threshold value Qth is calculated by multiplying the base value Qbas by the gain Kgain in the block B8.
ここで、ノズルニードル11をニードルシート部10bから離座させて噴射口10iを開弁させるべく、背圧制御バルブ13が上側バルブシート部10eから離座するタイミング(開弁作動を開始するタイミング)は、ピエゾ素子PEへの充電を開始したタイミングとは一致しない。つまり、充電を開始してピエゾ素子PEの伸長力が徐々に上昇していき、その伸長力が、高圧燃料通路6の高圧燃料から背圧制御バルブ13が受ける力を上回った時点で上側バルブシート部10eから離座し、開弁作動を開始することとなる。
Here, the timing at which the back
したがって、ピエゾ素子PEへの充電開始に伴い段階的に上昇するピエゾ電圧が、閾値Vth(図5(f)中の一点鎖線参照)を超えた時点で、背圧制御バルブ13は開弁作動を開始することとなる。この閾値Vthは、背圧制御バルブ13に開弁作動を開始させるのに必要な電圧であると言える。
Accordingly, the back
ところが、閾値Vthは、以下に例示される各種要因によって異なる値となる。
・高圧燃料圧力が高いほど高圧燃料から背圧制御バルブ13等を介してピエゾ素子PEが受ける荷重が大きくなる。すると、背圧制御バルブ13の開弁作動開始に要する力が大きくなるので、閾値Vthは高くなる。
・ピエゾ素子PEの温度によってピエゾ素子PEの静電容量が変化するので、ピエゾ素子PEに投入する充電エネルギが同じであってもその温度によって閾値Vthは変化する。
・背圧制御バルブ13のうち高圧燃料圧力を受ける部分の受圧面積はピエゾインジェクタPIの個体間で異なる。また、ノズルニードル11及び大径ピストン16等の各種摺動抵抗はピエゾインジェクタPIの個体間で異なる。そして、このようなピエゾインジェクタPIの個体差に起因して、閾値Vthに個体差が生じる。
However, the threshold value Vth varies depending on various factors exemplified below.
-The higher the high-pressure fuel pressure, the greater the load that the piezo element PE receives from the high-pressure fuel via the back
Since the capacitance of the piezo element PE varies depending on the temperature of the piezo element PE, the threshold value Vth varies depending on the temperature even if the charging energy supplied to the piezo element PE is the same.
The pressure receiving area of the portion receiving the high pressure fuel pressure in the back
そして、このように閾値Vthがばらつくことに起因して、背圧制御バルブ13が開弁作動を開始するタイミングにはばらつきが生じ得る。すると、ノズルニードル11の開弁作動タイミング(噴射開始タイミング)にばらつきが生じることとなり、ひいては噴射口10iからの燃料噴射タイミングがばらつくこととなる。
Due to the variation in the threshold value Vth as described above, the timing at which the back
この問題に対し本発明者らは、複数回のピエゾ電流上昇のうち2回目以降の特定回数目(図5の例では3回目)の上昇に係る充電量を、特定回数目の1回前(図5の例では2回目)の充電量よりも大きくさせることを想起した。換言すれば、3回目の電流上昇に伴うピエゾ電圧の上昇速度(電圧傾斜a3)を、2回目の電流上昇に伴うピエゾ電圧の上昇速度(電圧傾斜a2)よりも速くすれば(急峻にすれば)、閾値Vthのばらつき量Vσ(図8参照)に対する開弁作動開始タイミングのばらつき幅Tσ1,Tσ2を、符合Tσ1に示すように小さくできる。 To solve this problem, the present inventors set the charge amount related to the second and subsequent specified number of times (third time in the example of FIG. 5) of the increase of the piezo current one time before the specified number of times ( In the example of FIG. 5, it was recalled that the charge amount was larger than the charge amount of the second time). In other words, if the piezo voltage increase rate (voltage gradient a3) accompanying the third current increase is made faster (steep) than the piezo voltage increase rate (voltage gradient a2) associated with the second current increase. ), The variation widths Tσ1 and Tσ2 of the valve opening operation start timing with respect to the variation amount Vσ (see FIG. 8) of the threshold value Vth can be reduced as indicated by the symbol Tσ1.
この点に着目して本実施形態では、電荷閾値QthをブロックB7にて可変設定しており、特定回数目のピエゾ電流上昇時の電荷閾値Qthの値を、特定回数目より前(図5の例では1回目及び2回目)の電流上昇時の値よりも大きくしている。これによれば、図10に示すように特定回数目(3回目)の通電によりピエゾ素子PEへ単位時間当りに流れた電荷量Qact(つまり平均電荷速度)は、1回目及び2回目より多い(図10参照)。以上により、特定回数目の電圧傾斜a3(図5(f)参照)を、それより前(1回目及び2回目)の電圧傾斜a1,a2よりも急峻にさせることを実現させている。そのため、背圧制御バルブ13の開弁作動開始タイミングのばらつき幅Tσを小さくでき、ひいては噴射口10iからの燃料噴射タイミングのばらつきを小さくできる。
In this embodiment, paying attention to this point, the charge threshold value Qth is variably set in the block B7, and the value of the charge threshold value Qth when the piezoelectric current rises for a specific number of times is set before the specific number of times (see FIG. 5). In the example, it is larger than the value at the time of current rise in the first and second times). According to this, as shown in FIG. 10, the amount of charge Qact (that is, the average charge rate) that flows into the piezo element PE per unit time due to energization a specific number of times (third time) is larger than the first time and the second time ( (See FIG. 10). As described above, the voltage gradient a3 (see FIG. 5F) for the specific number of times is made steeper than the voltage gradients a1 and a2 before (first and second times). Therefore, the variation width Tσ of the valve opening operation start timing of the back
ここで、閾値Vthのばらつき量Vσが、特定回数目の電圧傾斜a3の範囲内に存在するよう設定できれば、次の効果が奏される。すなわち、仮に、隣り合う複数の電圧傾斜a3,a4に跨ってばらつき幅Tσが存在する場合には、ピエゾ電流が下降する期間を含むこととなる。すると、この期間はピエゾ電圧が殆ど上昇しないため、開弁作動開始タイミングのばらつき幅Tσが前記期間の分だけ大きくなるので、噴射口10iからの燃料噴射タイミングが大きくばらつくこととなる。 Here, if the variation amount Vσ of the threshold value Vth can be set so as to be within the range of the voltage gradient a3 of the specific number of times, the following effect is obtained. That is, if there is a variation width Tσ across a plurality of adjacent voltage gradients a3 and a4, a period during which the piezo current falls is included. Then, since the piezo voltage hardly increases during this period, the variation width Tσ of the valve opening operation start timing increases by the period, so that the timing of fuel injection from the injection port 10i varies greatly.
これに対し、本実施形態では、特定回数目の平均電荷速度を、2回目以降の通電の中で最も大きくしているので(図10参照)、特定回数目でピエゾ電圧が閾値Vthを越えるようにする確実性を向上できる。よって、開弁作動開始タイミングのばらつき幅Tσが前記期間分だけ大きくなることを回避できるので、燃料噴射タイミングのばらつき増大を回避できる。 On the other hand, in the present embodiment, the average charge rate of the specific number of times is the largest in the energization after the second time (see FIG. 10), so that the piezo voltage exceeds the threshold value Vth at the specific number of times. Can improve the certainty. Therefore, since the variation width Tσ of the valve opening operation start timing can be avoided from increasing by the period, an increase in variation in the fuel injection timing can be avoided.
ちなみに、3回目以降の電荷閾値Qthを一定の大きさにしており、充電スイッチSW1のスイッチング1回当りの充電エネルギを3回目以降で同一にしているにも拘わらず、図10に示すように平均電荷速度は徐々に低下する。これは、回を追う毎にピエゾ電圧が徐々に上昇し、この電圧上昇にしたがってピエゾ電流が徐々に減少するからである。 Incidentally, although the charge threshold value Qth after the third time is set to a constant value and the charging energy per switching time of the charge switch SW1 is the same after the third time, the average is obtained as shown in FIG. The charge rate gradually decreases. This is because the piezo voltage gradually increases with each turn, and the piezo current gradually decreases as the voltage increases.
また、本実施形態に反し、1回目のスイッチングによる充電でピエゾ電圧が閾値Vthを超えるように設定すると、1回目充電時におけるピエゾ電流が極端に高くなることは、式1を用いて先に説明した通りである。これに対し本実施形態によれば、ピエゾ電圧が閾値Vthを超える時期が2回目充電時以降(3回目充電時)となるよう、電荷閾値QthをブロックB7にて可変設定するので、ピエゾ電流のピーク値を低減できる。これにより、駆動回路23内の各種抵抗部分における電力損失(損失W=I2R)の著しい増大を回避できるとともに、背圧制御バルブ13が急激に開弁作動して下側バルブシート部10gに衝突することによる騒音発生を抑制できる。
Contrary to the present embodiment, if the piezo voltage is set to exceed the threshold value Vth in the first charging by switching, the piezo current at the first charging will be extremely high as explained earlier using
さらに本実施形態によれば、ブロックB9に記憶されているデータにより、充電スイッチSW1のオンタイミングをスケジュール管理しており、特定回数目における電流上昇の開始時期が予め設定した時期となるよう充電スイッチSW1のオンタイミングを制御する。そのため、開弁作動開始タイミングのばらつき幅Tσ1が特定回数目の電圧傾斜a3の範囲内に存在することの確実性を向上でき、ひいては、特定回数目の電流上昇時にピエゾ電圧が閾値Vthを超えることの確実性を向上できる。 Furthermore, according to the present embodiment, the on-timing of the charging switch SW1 is schedule-controlled by the data stored in the block B9, and the charging switch is set so that the current rising start time at the specific number of times becomes a preset time. Controls the ON timing of SW1. Therefore, it is possible to improve the certainty that the variation width Tσ1 of the valve opening operation start timing is within the range of the voltage gradient a3 of the specific number of times, and as a result, the piezo voltage exceeds the threshold value Vth when the current increases for the specific number of times. The certainty can be improved.
(第2の実施形態)
ところで、上記ブロックB9のデータは、背圧制御バルブ13が上側バルブシート部10eから離座する開弁作動開始タイミング(以下、「開弁時刻」と呼ぶ)のばらつき幅Tσ1が特定回数目の電圧傾斜a3の範囲内に存在するよう製造工程時の試験に基づき設定されているが、ピエゾインジェクタPIの経年劣化によりばらつき幅Tσ1の存在位置がずれてくると、隣り合う複数の電圧傾斜a3,a4に跨ってばらつき幅Tσが存在するおそれが生じる。上記経年劣化の具体例としては、背圧制御バルブ13、ボディ10の上側バルブシート部10e、下側バルブシート部10gや、ノズルニードル11等の磨耗が挙げられる。
(Second Embodiment)
By the way, the data of the block B9 indicates that the variation width Tσ1 of the valve opening operation start timing (hereinafter referred to as “valve opening time”) at which the back
この問題に対し本実施形態では、実際の開弁時刻を検出する手段(図示せず)を備えている。そして、検出した開弁時刻とその目標時刻との偏差に応じて、目標エネルギEtrgに対するベース値Ebasを補正することで、ばらつき幅Tσ1の存在位置が特定回数目の電圧傾斜a3の範囲内に存在するようにフィードバック制御する。 In order to solve this problem, the present embodiment includes means (not shown) for detecting the actual valve opening time. Then, by correcting the base value Ebas with respect to the target energy Etgr according to the deviation between the detected valve opening time and the target time, the position where the variation width Tσ1 exists is within the range of the voltage gradient a3 of the specific number of times. Feedback control.
開弁時刻を検出する手段として、本実施形態では、開弁時刻と相関のある物理量としてピエゾ素子PEにかかる荷重(以下「ピエゾ荷重」と呼ぶ)を検出している。図11は、上記相関を示すタイミングチャートであり、(a)は駆動信号IJTのオン・オフ変化、(b)はピエゾ電流の変化、(c)はピエゾ電圧の変化、(d)はピエゾ素子PEの変位(伸長)量の変化、(e)はピエゾ荷重の変化、(f)は背圧制御バルブ13のリフト量変化をそれぞれ示す。
As means for detecting the valve opening time, in this embodiment, a load (hereinafter referred to as “piezo load”) applied to the piezo element PE is detected as a physical quantity correlated with the valve opening time. FIG. 11 is a timing chart showing the above correlation, where (a) shows the on / off change of the drive signal IJT, (b) shows the change in the piezo current, (c) shows the change in the piezo voltage, and (d) shows the piezo element. Changes in the amount of displacement (extension) of PE, (e) shows changes in piezo load, and (f) shows changes in lift amount of the back
図11に示すように、充電開始t1時点からピエゾ電圧が段階的に上昇することに伴い、ピエゾ荷重が上昇する。すると、ある時点でピエゾ素子PEが伸長を開始する。この伸長開始の後、背圧制御バルブ13が上側バルブシート部10eから離座した時点(開弁時刻topen)で、ピエゾ荷重の値はピークとなる。その後、背圧制御バルブ13が下側バルブシート部10gから着座するまでの間(topen〜t3の間)、ピエゾ荷重の値は下降し、下側バルブシート部10gに着座すると再びピエゾ荷重は上昇する。
As shown in FIG. 11, the piezo load increases as the piezo voltage increases stepwise from the charging start t1. Then, at a certain point, the piezo element PE starts to expand. At the time when the back
このように、開弁時刻が予想される範囲(t1〜t3)内において、ピエゾ荷重のピーク値が出現する時刻と開弁時刻topenとは相関があり、ほぼ一致する。よって、開弁時刻予想範囲t1〜t3の期間にピエゾ荷重を検出することで、実際の開弁時刻topenを検出する。具体的には、ADコンバータ及びDSP24(図3参照)を用いて、ピエゾ荷重の検出値を開弁時刻topenに変換する処理を行う。図11(e)中の黒丸はピエゾ荷重の検出値を示しており、開弁判定領域t1〜t3において所定周期でピエゾ荷重を検出している。 Thus, in the range (t1 to t3) in which the valve opening time is expected, the time at which the peak value of the piezo load appears and the valve opening time topen are correlated and almost coincide. Therefore, the actual valve opening time topen is detected by detecting the piezo load during the period of the valve opening time prediction range t1 to t3. Specifically, the AD converter and the DSP 24 (see FIG. 3) are used to perform processing for converting the detected value of the piezo load into the valve opening time topen. A black circle in FIG. 11E indicates a detected value of the piezo load, and the piezo load is detected at a predetermined cycle in the valve opening determination regions t1 to t3.
ピエゾ荷重検出手段の一例として、多数のピエゾ素子PEを積層してピエゾスタック(積層体)が構成されている場合において、そのピエゾスタックを構成する1つのピエゾ素子を荷重検出手段として利用することが挙げられる。 As an example of the piezo load detection means, when a piezo stack (stacked body) is configured by stacking a large number of piezo elements PE, one piezo element constituting the piezo stack can be used as the load detection means. Can be mentioned.
図12は、本実施形態に係る制御IC22のブロック図であり、第1実施形態に係る図7のブロック図に対して、上記フィードバック制御を実行するためのブロックB10,B11,B12を追加している。先ずブロックB10では、検出した開弁時刻topenとその目標時刻Ttrgとの偏差を算出する。ブロックB11では、ブロックB10にて算出した偏差に基づきマップを用いて補正量ΔE2を算出する。ブロックB11のマップでは、検出した実際の開弁時刻topenが目標時刻Ttrgに対して遅いほど、目標エネルギEtrgを増大させるように補正量ΔE2を設定している。なお、偏差の値がゼロ近傍であれば補正量ΔE2をゼロとするとともに、補正量ΔE2に上限及び下限を設けている。
FIG. 12 is a block diagram of the
ブロック2では、ブロックB11にて算出した補正量ΔE2をブロックB12にて積分演算した値と、ブロックB6で算出された補正量ΔEとを、ブロックB1にて算出したベース値Ebasに加算することで、最終的な目標エネルギEtrgを算出する。
In
以上により、本実施形態によれば、実際の開弁時刻topenと目標時刻Ttrgとの偏差がゼロに近づくようフィードバック制御するので、ピエゾインジェクタPIが経年劣化しても、開弁時刻topenのばらつき幅Tσ1を特定回数目の電圧傾斜a3の範囲内に存在させることを容易に実現でき、ひいては、特定回数目の電流上昇時にピエゾ電圧が閾値Vthを超えることの確実性を向上できる。 As described above, according to the present embodiment, feedback control is performed so that the deviation between the actual valve opening time topen and the target time Ttrg approaches zero. Therefore, even if the piezo injector PI deteriorates over time, the variation width of the valve opening time topen It is possible to easily make Tσ1 exist within the range of the voltage slope a3 of the specific number of times, and as a result, it is possible to improve the certainty that the piezo voltage exceeds the threshold value Vth when the current rises the specific number of times.
(他の実施形態)
上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。また、本発明は上記実施形態の記載内容に限定されず、各実施形態の特徴的構造をそれぞれ任意に組み合わせるようにしてもよい。
(Other embodiments)
The above embodiments may be implemented with the following modifications. Further, the present invention is not limited to the description of the above embodiment, and the characteristic structures of the embodiments may be arbitrarily combined.
・上記各実施形態では、複数回のピエゾ電流上昇のうち充電量(平均電荷速度)を最大にする特定回数目を3回目に設定しているが、2回目以降であれば何回目に設定してもよい。但し、あまり遅い回数目に設定すると、駆動信号IJTのオン立ち上がり時点t1に対する開弁時刻topenが遅くなり過ぎてしまい、噴射指令に対する噴射時期の応答性を十分に確保できなくなるため、特定回数目を2〜4回目に設定することが望ましい。 In each of the above embodiments, the specific number of times that maximizes the amount of charge (average charge rate) among the multiple increases in piezo current is set to the third time. May be. However, if the number of times is set too late, the valve opening time topen with respect to the on-rising time t1 of the drive signal IJT becomes too late, and the response of the injection timing to the injection command cannot be sufficiently secured. It is desirable to set the second to fourth times.
・特定回数目における電圧傾斜a3を全ての電圧傾斜の中で最大にすることに限らず、特定回数目までの各電圧傾斜a1,a2,a3の中で特定回数目の電圧傾斜a3を最大に設定し、特定回数目より後の電圧傾斜a4を特定回数目の電圧傾斜a3より大きく設定してもよい。 The voltage gradient a3 at the specific number of times is not limited to the maximum among all the voltage gradients, but the voltage gradient a3 at the specific number of times is maximized among the voltage gradients a1, a2, and a3 up to the specific number of times. The voltage gradient a4 after the specific number of times may be set to be larger than the voltage gradient a3 of the specific number of times.
・上記各実施形態では、特定回数目の電圧傾斜a3をそれより前の全て(1回目及び2回目)の電圧傾斜a1,a2よりも急峻にさせているが、本発明は、特定回数目の電圧傾斜a3をその1回前の電圧傾斜a2よりも急峻にさせていればよく、2回前以前(1回目)の電圧傾斜a1よりも急峻にさせることに限定されるものではない。 In each of the above embodiments, the voltage gradient a3 of the specific number of times is made steeper than the voltage gradients a1 and a2 of all the previous (first and second times) voltage. The voltage gradient a3 is only required to be steeper than the voltage gradient a2 of the previous time, and is not limited to be steeper than the voltage gradient a1 of the previous time (first time).
・充電スイッチSW1のオントリガに関し、上記各実施形態ではブロックB9でスケジューリングされた充電スイッチSW1のオンタイミングを等間隔に設定しているが、不等間隔に設定してもよい。また、上記各実施形態では複数回の全てのオントリガをブロックB9でスケジューリングしているが、本発明の実施にあたり、特定回数目のオントリガのみをスケジューリングし、他の回数目の充電スイッチSW1オンについては、下降するピエゾ電流の値がゼロになったことをオントリガとする等、成り行きでオンさせるようにしてもいい。 Regarding the on trigger of the charge switch SW1, in the above embodiments, the on timing of the charge switch SW1 scheduled in the block B9 is set at equal intervals, but may be set at unequal intervals. In each of the above embodiments, all of the on-triggers are scheduled in block B9. However, when the present invention is implemented, only a specific number of on-triggers are scheduled, and the charging switch SW1 is turned on for other times. Alternatively, the on-trigger may be turned on, such as when an on-trigger is made when the value of the descending piezoelectric current becomes zero.
・上記第2実施形態では、開弁時刻topenと相関のある物理量としてピエゾ荷重を検出しているが、ピエゾ荷重を検出する他に、ピエゾ素子PEの変位量や、背圧制御バルブ13のリフト量を検出することが挙げられる。すなわち、充電に伴い伸長するピエゾ素子PEの変位量が所定の閾値αth(図11(d)参照)に達した時点は、開弁時刻topenとほぼ一致する。また、充電に伴い下側バルブシート部10gに向けてリフトする背圧制御バルブ13のリフト量が所定の閾値βth(図11(f)参照)に達した時点は、開弁時刻topenとほぼ一致する。
In the second embodiment, the piezo load is detected as a physical quantity correlated with the valve opening time topen. In addition to detecting the piezo load, the displacement of the piezo element PE and the lift of the back
・上記各実施形態では、駆動回路23をバッファコンデンサC1及び充電スイッチSW1等から構成し、バッファコンデンサC1からの電荷放出(ピエゾ素子PEへの充電エネルギ)を1回の充電期間(図5に示すt1〜t5の期間)に充電スイッチSW1を複数回オン・オフさせることで制御している。本発明はこのようなマルチスイッチ方式の駆動回路23に限られるものではなく、例えば、トランスへの一次電流をスイッチング制御することで、トランスの二次電流によりピエゾ素子PEへ充電されるエネルギを制御する方式の駆動回路であってもよい。また、LC共振回路による複数回のLC共振でピエゾ素子PEへ充電する方式の駆動回路であってもよい。
In each of the above embodiments, the
・上記第2実施形態では、ピエゾインジェクタPIの経年劣化に対応すべくフィードバック制御を行っているが、このフィードバック制御に替えて、例えば、充電スイッチSW1等の作動回数に基づき補正量ΔE2を設定してもよい。これによれば開弁時刻topenの検出を不要にしつつ上記経年劣化に対応できる。 In the second embodiment, feedback control is performed to cope with the aging deterioration of the piezo injector PI. Instead of this feedback control, for example, a correction amount ΔE2 is set based on the number of operations of the charging switch SW1 and the like. May be. According to this, it is possible to cope with the above-mentioned deterioration over time while making it unnecessary to detect the valve opening time topen.
10i…噴射口、11…ノズルニードル(弁体)、13…背圧制御バルブ(開閉機構)、22…制御IC(充電回路)、23…駆動回路(充電回路)、PI…ピエゾインジェクタ(燃料噴射弁)、PE…ピエゾ素子。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10i ... Injection port, 11 ... Nozzle needle (valve body), 13 ... Back pressure control valve (opening-closing mechanism), 22 ... Control IC (charging circuit), 23 ... Drive circuit (charging circuit), PI ... Piezo injector (fuel injection) Valve), PE ... Piezo element.
Claims (9)
前記ピエゾ素子に充電するにあたり、前記ピエゾ素子へ流す駆動電流の上昇と下降を複数回繰り返し行わせることで、前記電圧値を段階的に上昇させる充電回路を備え、
前記駆動電流の複数回の電流上昇のうち2回目以降の特定回数目の電流上昇に伴う前記電圧値の上昇速度を、該特定回数目の1回前の電流上昇に伴う前記電圧値の上昇速度よりも速くするよう前記充電回路の作動を制御することを特徴とする燃料噴射弁制御装置。 An opening / closing mechanism that opens and closes a fuel injection port; and a piezoelectric element that operates the opening / closing mechanism. When a voltage value of the piezoelectric element that rises due to charging of the piezoelectric element exceeds a threshold value, the piezoelectric element expands. Applied to a fuel injection valve configured to start the opening and closing mechanism;
When charging the piezo element, a charging circuit that increases the voltage value stepwise by repeatedly raising and lowering the drive current flowing to the piezo element multiple times,
Among the plurality of current increases of the drive current, the voltage value increase rate associated with the second specific number of current increases after the second time is represented by the voltage value increase rate associated with the current increase of the previous specific number of times. A fuel injection valve control device that controls the operation of the charging circuit so as to be faster.
前記背圧制御バルブは、前記ピエゾ素子の電圧値が閾値を超えると、前記弁体を開作動させるべく前記背圧を低下させる作動を開始することを特徴とする請求項1〜7のいずれか1つに記載の燃料噴射弁制御装置。 The opening / closing mechanism includes a valve body that opens and closes the injection port, and a back pressure control valve that operates by a driving force of the piezo element to control a back pressure of the valve body,
The said back pressure control valve starts the operation | movement which reduces the said back pressure to open the said valve body, if the voltage value of the said piezoelectric element exceeds a threshold value, The any one of Claims 1-7 characterized by the above-mentioned. The fuel injection valve control device according to one.
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