JP2010101246A - Fuel injection control device - Google Patents

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Yoichi Kobane
庸一 小羽根
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel injection control device maintaining fuel injection precision over a long period of time. <P>SOLUTION: An ECU 4 for controlling a fuel injection valve 2 having a piezoelectric drive unit 24 for driving a needle 12 for controlling open/close of an injection hole 44, and a load sensor unit 23 for outputting a load signal according to a load acting on the piezoelectric drive unit 24, when it is decided that an internal combustion engine is in cold startup, calibrates the load sensor unit 23, based on charging energy accumulated in the piezoelectric drive unit 24 in a startup operation state or an idle operation state, a load acting on the load sensor unit 23 at this time, reference charging energy, and load stored in a memory means 5a. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、圧電駆動部を用いた燃料噴射装置の燃料噴射制御装置に関する。   The present invention relates to a fuel injection control device for a fuel injection device using a piezoelectric drive unit.

噴孔からの燃料噴射を断続する弁部材を含む噴射機能部品の少なくとも一つを駆動することにより弁部材の駆動を制御する圧電駆動部と、圧電駆動部が駆動したときの圧電駆動部より受ける荷重に応じた出力信号を出力する荷重センサ部と、を有する燃料噴射装置に備えられ、圧電駆動部を制御する燃料噴射制御装置が知られている(特許文献1参照)。   The piezoelectric drive unit that controls the drive of the valve member by driving at least one of the injection functional parts including the valve member that intermittently injects fuel from the injection hole, and the piezoelectric drive unit that is driven when the piezoelectric drive unit is driven There is known a fuel injection control device that is provided in a fuel injection device that includes a load sensor unit that outputs an output signal corresponding to a load and controls a piezoelectric drive unit (see Patent Document 1).

この燃料噴射制御装置では、圧電駆動部の特性変化や寸法公差などに起因する燃料噴射特性のばらつきを抑制すべく、荷重センサ部からの出力信号に基づき圧電駆動部に供給する閉弁・開弁信号を学習補正している。
特開平10−288119号公報
In this fuel injection control device, valve closing / opening supplied to the piezoelectric drive unit based on an output signal from the load sensor unit is performed in order to suppress variations in fuel injection characteristics due to characteristic changes and dimensional tolerances of the piezoelectric drive unit. The signal is corrected for learning.
JP-A-10-288119

しかしながら、上記従来技術の燃料噴射装置では、荷重センサ部として圧電体を利用している。このため、圧電駆動部と同様、荷重センサ部も経時劣化する。特に、荷重センサ部は、圧電駆動部と異なり、高電圧が印加される構成とはなっていない。このため、圧電体を含んでなる荷重センサ部は、圧電駆動部に比べ、分極劣化が発生する可能性が大きい。分極劣化が発生すると、所定の荷重に対する荷重センサ部から出力される出力信号が変化してしまう。これでは、圧電駆動部を適切に制御することができないという問題が発生する。   However, in the above-described conventional fuel injection device, a piezoelectric body is used as the load sensor unit. For this reason, as with the piezoelectric drive unit, the load sensor unit also deteriorates with time. In particular, unlike the piezoelectric drive unit, the load sensor unit is not configured to be applied with a high voltage. For this reason, the load sensor unit including the piezoelectric body is more likely to cause polarization degradation than the piezoelectric drive unit. When polarization deterioration occurs, an output signal output from the load sensor unit for a predetermined load changes. This causes a problem that the piezoelectric drive unit cannot be appropriately controlled.

そこで、荷重センサ部の校正が必要となる。一般的にセンサの校正の精度を向上させるには、センサへの外乱を極力排除することが要求される。ここで、荷重センサ部は、燃料噴射装置内に収容されているため、内燃機関の運転状態に応じて大きく変動する圧電駆動部に蓄積される充電エネルギ、燃料噴射装置に導入される燃料圧力、内燃機関からの熱、および圧電駆動部が駆動することにより発生する熱などの影響を受け易い。   Therefore, calibration of the load sensor unit is necessary. Generally, in order to improve the accuracy of sensor calibration, it is required to eliminate disturbance to the sensor as much as possible. Here, since the load sensor unit is housed in the fuel injection device, the charging energy accumulated in the piezoelectric drive unit that varies greatly according to the operating state of the internal combustion engine, the fuel pressure introduced into the fuel injection device, It is easily affected by heat from the internal combustion engine and heat generated by driving the piezoelectric driving unit.

このため、これらの状況を考慮せずに荷重センサ部の校正を行うと、荷重センサ部は、充電エネルギ、燃料圧力、内燃機関からの熱、および圧電駆動部からの熱の影響を受けるため、校正の精度が低下するおそれがある。   For this reason, if the load sensor unit is calibrated without considering these situations, the load sensor unit is affected by the charging energy, fuel pressure, heat from the internal combustion engine, and heat from the piezoelectric drive unit. The accuracy of calibration may be reduced.

校正の精度が低下すると、圧電駆動部の制御性が低下し、圧電駆動部にて駆動される噴射機能部品の制御性も低下する。その結果、噴射時期や噴射量などの燃料噴射特性の精度を長期間に亘り維持することが困難となる。   When the calibration accuracy is lowered, the controllability of the piezoelectric drive unit is lowered, and the controllability of the ejection function component driven by the piezoelectric drive unit is also lowered. As a result, it becomes difficult to maintain the accuracy of the fuel injection characteristics such as the injection timing and the injection amount over a long period of time.

本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、燃料噴射精度を長期間に亘り維持することができる燃料噴射制御装置を提供することである。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a fuel injection control device that can maintain fuel injection accuracy over a long period of time.

請求項1に記載の発明は、内燃機関に搭載され、内部に導入される燃料を内燃機関の燃焼室に噴射する噴孔を有するボデーと、ボデー内に収容され、噴孔からの燃料噴射を断続する弁部材を含む噴射機能部品と、ボデー内に収容され、充電エネルギを蓄積することにより伸長し、蓄積された充電エネルギを放出することにより収縮する圧電体を含み、噴射機能部品の少なくとも一つを駆動することにより弁部材の駆動を制御する圧電駆動部と、ボデー内に収容され、圧電駆動部に充電エネルギが蓄積されたときに、圧電駆動部に作用する荷重に応じた荷重信号を出力する圧電体を含む荷重センサ部と、を有する燃料噴射装置に備えられ、荷重センサ部からの荷重信号に基づいて圧電駆動部を制御する燃料噴射制御装置であって、
内燃機関の冷間始動を判定する冷間始動判定手段と、内燃機関の始動開始から自立運転するまでの始動運転状態、または無負荷運転状態の少なくともいずれかの運転状態時に圧電駆動部に蓄積される充電エネルギ、および、その充電エネルギを圧電駆動部に蓄積させたときに荷重センサ部より出力される荷重信号を取得する取得手段と、基準充電エネルギと、その基準充電エネルギを圧電駆動部に蓄積させたときに荷重センサ部より出力される基準荷重信号とを記憶させた記憶手段と、冷間始動判定手段が、内燃機関が冷間始動であると判定したとき、取得手段が取得した充電エネルギおよび荷重信号、ならびに基準充電エネルギおよび基準荷重信号に基づいて、荷重センサ部を校正する校正手段と、を備えていることを特徴としている。
According to the first aspect of the present invention, there is provided a body having an injection hole that is mounted on an internal combustion engine and injects fuel introduced into the combustion chamber of the internal combustion engine, and is accommodated in the body, and fuel injection from the injection hole is performed. An injection functional component including an intermittent valve member, and a piezoelectric body that is accommodated in the body, expands by accumulating charging energy, and contracts by discharging the accumulated charging energy, and includes at least one of the injection functional components A piezoelectric drive unit that controls the drive of the valve member by driving one of the two, and a load signal that is accommodated in the body and stores charge energy in the piezoelectric drive unit according to the load acting on the piezoelectric drive unit. A fuel injection control device for controlling a piezoelectric drive unit based on a load signal from a load sensor unit, comprising a load sensor unit including a piezoelectric body to output,
Cold start determination means for determining the cold start of the internal combustion engine, and accumulated in the piezoelectric drive unit during at least one of the start operation state from the start of the internal combustion engine to the self-sustaining operation or the no-load operation state Charging means, an acquisition means for acquiring a load signal output from the load sensor unit when the charging energy is stored in the piezoelectric driving unit, reference charging energy, and the reference charging energy stored in the piezoelectric driving unit The storage means that stores the reference load signal output from the load sensor unit and the cold start determination means determines that the internal combustion engine is cold start, and the charging energy acquired by the acquisition means And a calibration means for calibrating the load sensor unit based on the load signal and the reference charging energy and the reference load signal.

この発明によれば、冷間始動判定手段にて内燃機関が冷間始動であることを把握することができる。この判定手段によれば、内燃機関に搭載されている燃料噴射装置内に収容されている荷重センサ部もほぼ外気温と同じ温度であると推定することができる。また、冷間始動時であれば、内燃機関からの熱の影響を受け難い。このため、荷重センサ部の温度は、比較的安定した状態にあるとみなすことができる。   According to the present invention, it is possible to grasp that the internal combustion engine is in the cold start by the cold start determination means. According to this determination means, it can be estimated that the load sensor unit housed in the fuel injection device mounted on the internal combustion engine is also at substantially the same temperature as the outside air temperature. Further, during cold start, it is difficult to be affected by heat from the internal combustion engine. For this reason, it can be considered that the temperature of the load sensor part is in a relatively stable state.

そして、取得手段は、始動運転状態、または無負荷運転状態の少なくともいずれかの運転状態に圧電駆動部に蓄積される充電エネルギと、その充電エネルギが蓄積されたときに荷重センサ部より出力される荷重信号とを取得している。始動運転状態および無負荷運転状態での充電エネルギは、他の運転状態(例えば、高負荷、低負荷運転状態)での充電エネルギに比べ安定している。このため、そのときに得られる荷重信号も安定する。   The acquisition means outputs the charging energy accumulated in the piezoelectric drive unit in at least one of the starting operation state and the no-load operation state, and is output from the load sensor unit when the charging energy is accumulated. The load signal is acquired. The charging energy in the starting operation state and the no-load operation state is more stable than the charging energy in other operation states (for example, high load and low load operation states). For this reason, the load signal obtained at that time is also stable.

校正手段は、荷重センサ部の温度が比較的安定している冷間始動のとき、基準となる基準充電エネルギ、基準荷重信号、始動運転状態、または無負荷運転状態の少なくともいずれかの運転状態における安定した充電エネルギ、荷重信号に基づいて、荷重センサ部の校正を実施する。校正手段はこういった条件のもとで荷重センサ部を校正しているため、校正の精度向上を阻害する、センサ部への外乱を極力排除することができる。これにより、荷重センサ部の校正の精度を向上させることができるのである。その結果、圧電駆動部の制御性を長期間に亘り維持することができ、ひいては、燃料噴射特性の精度を長期間に亘り維持することができる。   The calibration means is in a cold start where the temperature of the load sensor part is relatively stable, in a reference charge energy, a reference load signal, a start operation state, or a no-load operation state as a reference. Based on the stable charging energy and load signal, the load sensor unit is calibrated. Since the calibration means calibrates the load sensor unit under these conditions, it is possible to eliminate as much as possible disturbance to the sensor unit that hinders improvement in calibration accuracy. Thereby, the accuracy of calibration of the load sensor unit can be improved. As a result, the controllability of the piezoelectric drive unit can be maintained over a long period of time, and consequently the accuracy of the fuel injection characteristics can be maintained over a long period of time.

請求項2に記載の発明は、荷重センサ部の温度に基づいて温度補正係数を算出する補正係数算出手段を有しており、校正手段は、補正係数算出手段にて算出された温度補正係数を加味して、荷重センサ部を校正することを特徴としている。   The invention described in claim 2 has correction coefficient calculation means for calculating a temperature correction coefficient based on the temperature of the load sensor unit, and the calibration means uses the temperature correction coefficient calculated by the correction coefficient calculation means. In addition, the load sensor unit is calibrated.

一般的に圧電体は温度特性を有しており、荷重センサ部に作用する荷重が同じであっても、温度に応じて出力信号の大きさが変化する。   In general, a piezoelectric body has temperature characteristics, and the magnitude of an output signal changes according to temperature even if the load acting on the load sensor unit is the same.

この発明によれば、校正手段は、荷重センサ部の温度に基づいて補正係数算出手段にて算出された温度補正係数を加味して荷重センサ部を校正しているため、圧電体の温度特性を加味して校正を行うことができ、校正の精度がより向上する。   According to the present invention, the calibration unit calibrates the load sensor unit by adding the temperature correction coefficient calculated by the correction coefficient calculation unit based on the temperature of the load sensor unit. In addition, calibration can be performed, and the accuracy of calibration is further improved.

請求項3に記載の発明は、始動運転状態、および無負荷運転状態時に圧電駆動部に蓄積される充電エネルギは、それぞれの運転状態に対応する予め定められたエネルギ量であることを特徴としている。   The invention according to claim 3 is characterized in that the charging energy accumulated in the piezoelectric drive unit in the starting operation state and the no-load operation state is a predetermined energy amount corresponding to each operation state. .

この発明によれば、始動運転状態および無負荷運転状態時に圧電駆動部に蓄積される充電エネルギが、それぞれの運転状態に対応する予め定められたエネルギ量であると、校正時に使用する充電エネルギをより安定させることができる。その結果、校正の精度が格段に向上する。   According to the present invention, when the charging energy accumulated in the piezoelectric drive unit in the starting operation state and the no-load operation state is a predetermined energy amount corresponding to each operation state, the charging energy used in calibration is reduced. It can be made more stable. As a result, the calibration accuracy is greatly improved.

請求項4に記載の発明は、取得手段は、始動運転状態に対応する予め定められた始動時充電エネルギ並びに無負荷運転状態に対応する予め定められた無負荷時充電エネルギと、圧電駆動部に始動時充電エネルギ並びに無負荷時充電エネルギが蓄積されたときに荷重センサ部より出力されるそれぞれの荷重信号を取得し、校正手段は、取得手段が取得した、始動時充電エネルギ並びに無負荷時充電エネルギ、およびそれぞれの荷重信号に基づいて、荷重センサ部を校正することを特徴としている。   According to a fourth aspect of the present invention, the acquisition means includes a predetermined charging energy at start-up corresponding to the start-up operation state, a predetermined no-load charging energy corresponding to the no-load operation state, and a piezoelectric drive unit. Each load signal output from the load sensor unit when the charge energy at start-up and the charge energy at no load is accumulated is acquired, and the calibration means acquires the charge energy at start-up and charge at no load obtained by the acquisition means. The load sensor unit is calibrated based on energy and each load signal.

この発明によれば、校正手段は、始動時充電エネルギ並びに無負荷時充電エネルギと、圧電駆動部に始動時充電エネルギ並びに無負荷時充電エネルギが蓄積されたときに荷重センサ部より出力されるそれぞれの荷重信号とに基づいて、荷重センサ部の校正を行っているので、校正に使用するポイントを複数にすることができる。このため、荷重センサ部の校正の精度を向上させることができる。   According to the present invention, the calibration means outputs the charge energy at the start and the charge energy at the no load, and the load sensor unit outputs the charge energy at the start and the charge energy at the no load in the piezoelectric drive unit. Since the load sensor unit is calibrated based on the load signal, a plurality of points can be used for calibration. For this reason, the accuracy of calibration of the load sensor portion can be improved.

請求項5に記載の発明は、取得手段は、無負荷運転状態に対応する予め定められた無負荷時充電エネルギと、圧電駆動部に無負荷時充電エネルギが蓄積されたときに荷重センサ部より出力される荷重信号を取得し、校正手段は、取得手段が取得した、無負荷時充電エネルギ、および荷重信号に基づいて、荷重センサ部を校正することを特徴としている。   According to a fifth aspect of the present invention, the acquisition means includes a predetermined no-load charging energy corresponding to the no-load operation state and the load sensor unit when the no-load charging energy is accumulated in the piezoelectric drive unit. The output load signal is acquired, and the calibration unit calibrates the load sensor unit based on the no-load charging energy and the load signal acquired by the acquisition unit.

無負荷運転状態での排出ガス規制は高負荷運転状態に比べ厳しい。また、無負荷運転状態では、燃料噴射装置から噴射される燃料噴射量は非常に少ない。このため、この運転状態での要求噴射量に対する噴射量のばらつきの割合は、高負荷運転状態に比べ高い。このため、この運転状態での燃料噴射特性の精度を向上させる必要がある。   Exhaust gas regulations under no-load operation are stricter than those under high-load operation. In the no-load operation state, the fuel injection amount injected from the fuel injection device is very small. For this reason, the ratio of the dispersion | variation in the injection quantity with respect to the request | requirement injection quantity in this driving | running state is high compared with a high load driving | running state. For this reason, it is necessary to improve the accuracy of the fuel injection characteristics in this operating state.

この発明によれば、校正手段は、無負荷時充電エネルギと、圧電駆動部に無負荷時充電エネルギが蓄積されたときに荷重センサ部より出力される荷重信号とに基づいて、荷重センサ部の校正を行っているので、少なくとも無負荷運転状態での荷重センサ部の校正の精度は高い。このため、無負荷運転状態での燃料噴射特性の精度は確保できる。   According to this invention, the calibrating means is based on the no-load charging energy and the load signal output from the load sensor unit when the no-load charging energy is accumulated in the piezoelectric drive unit. Since calibration is performed, the accuracy of calibration of the load sensor unit at least in a no-load operation state is high. For this reason, the accuracy of the fuel injection characteristic in the no-load operation state can be ensured.

請求項6に記載の発明は、校正手段が荷重センサ部の校正を行う際に使用する荷重信号は、最も大きな値を示す最大荷重信号から充電エネルギが放出されるまでの間に出力される単位時間当たりの変化量が最も小さい安定荷重信号であることを特徴としている。   In the invention according to claim 6, the load signal used when the calibration means calibrates the load sensor unit is a unit that is output until the charging energy is released from the maximum load signal indicating the largest value. It is characterized by a stable load signal with the smallest amount of change per hour.

この発明によれば、校正手段は、最も大きな値を示す最大荷重信号から充電エネルギが放出されるまでの間に出力される単位時間当たりの変化量が最も小さい安定荷重信号を校正する際に使用しているため、変化量の大きい時期の荷重信号を使用する場合に比べ荷重センサ部の校正の精度を向上させることができる。   According to the present invention, the calibration means is used when calibrating the stable load signal with the smallest amount of change per unit time output from the maximum load signal showing the largest value until the charging energy is released. Therefore, the calibration accuracy of the load sensor unit can be improved as compared with the case of using a load signal at a time when the amount of change is large.

請求項7に記載の発明は、冷間始動判定手段は、外気温度を取得する外気温度取得手段と、内燃機関の機関温度を取得する機関温度取得手段と、を有し、取得した外気温度と機関温度とを比較することにより冷間始動を判定することを特徴としている。   The invention according to claim 7 is characterized in that the cold start determination means includes an outside air temperature acquisition means for acquiring the outside air temperature, and an engine temperature acquisition means for acquiring the engine temperature of the internal combustion engine, and the acquired outside air temperature It is characterized in that the cold start is determined by comparing the engine temperature.

この発明によれば、冷間始動判定手段は、取得した外気温度と機関温度とを比較するという簡単な判定方法により内燃機関が冷間始動であるか否かを判定することができる。   According to the present invention, the cold start determination means can determine whether or not the internal combustion engine is cold started by a simple determination method of comparing the acquired outside air temperature and the engine temperature.

請求項8に記載の発明は、機関温度取得手段は、内燃機関を冷却する冷却水温度、または内燃機関の潤滑に利用する潤滑油温度を取得することを特徴としている。   The invention according to claim 8 is characterized in that the engine temperature acquisition means acquires a cooling water temperature for cooling the internal combustion engine or a lubricating oil temperature used for lubricating the internal combustion engine.

この発明によれば、一般的に内燃機関を制御する上で必要な冷却水温度または潤滑油温度を取得し、それらのいずれかを機関温度としているため、別途センサ等の手段を使用することなく機関温度を得ることができる。また、この請求項8に記載の発明を請求項7に記載の発明とともに請求項2に記載の発明に利用することにより、荷重センサ部の温度を検出する温度センサ等を燃料噴射装置に設けずとも荷重センサ部の温度を把握することが可能となる。   According to the present invention, the coolant temperature or the lubricating oil temperature generally required for controlling the internal combustion engine is acquired, and any one of them is used as the engine temperature. Therefore, a separate sensor or the like is not used. The engine temperature can be obtained. Further, by utilizing the invention according to claim 8 in the invention according to claim 2 together with the invention according to claim 7, a temperature sensor or the like for detecting the temperature of the load sensor portion is not provided in the fuel injection device. In both cases, the temperature of the load sensor unit can be grasped.

以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各実施形態において対応する構成要素には同一の符号を付すことにより、重複する説明を省略する。   Hereinafter, a plurality of embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the overlapping description is abbreviate | omitted by attaching | subjecting the same code | symbol to the component corresponding in each embodiment.

(第1実施形態)
以下、本発明の第1実施形態を図面に基づいて説明する。図1は、本発明の第1実施形態による燃料噴射制御装置4を含む燃料供給装置1の全体構成を示している。燃料供給装置1は、ディーゼルエンジンなどの多気筒内燃機関の各気筒に燃料を供給する。燃料供給装置1が取り扱う燃料は、ディーゼル燃料に限らずガソリン燃料であっても良い。
(First embodiment)
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, a first embodiment of the invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows an overall configuration of a fuel supply device 1 including a fuel injection control device 4 according to a first embodiment of the present invention. The fuel supply device 1 supplies fuel to each cylinder of a multi-cylinder internal combustion engine such as a diesel engine. The fuel handled by the fuel supply device 1 is not limited to diesel fuel, and may be gasoline fuel.

燃料供給装置1は、燃料噴射弁2、駆動回路3、電子制御装置4(以下、「ECU」という)などを備えている。なお、燃料噴射弁2は特許請求の範囲に記載の「燃料噴射装置」に、電子制御装置4は特許請求の範囲に記載の「燃料噴射制御装置」に相当する。   The fuel supply device 1 includes a fuel injection valve 2, a drive circuit 3, an electronic control device 4 (hereinafter referred to as “ECU”), and the like. The fuel injection valve 2 corresponds to a “fuel injection device” described in the claims, and the electronic control device 4 corresponds to a “fuel injection control device” described in the claims.

燃料噴射弁2は、蓄圧器(図示せず)に蓄えられた高圧燃料を各気筒内に直接燃料を噴射する。燃料噴射弁2に供給された燃料のうち、燃料噴射に利用されなかった燃料はリターン経路8より燃料タンク10に戻される。   The fuel injection valve 2 directly injects fuel into each cylinder using high-pressure fuel stored in a pressure accumulator (not shown). Of the fuel supplied to the fuel injection valve 2, the fuel not used for fuel injection is returned to the fuel tank 10 through the return path 8.

燃料噴射弁2は、ノズル11、制御弁18、およびアクチュエータ部21などから構成され、これらの部品は、棒状に形成されているボデー40に収容されている。   The fuel injection valve 2 includes a nozzle 11, a control valve 18, an actuator unit 21, and the like, and these components are accommodated in a body 40 formed in a rod shape.

ボデー40は、蓄圧器からの高圧燃料が導入される燃料入口部41、およびリターン経路8に接続する燃料出口部42を有している。ボデー40の軸方向一端側には、収容部43が形成されている。収容部43には、燃料の噴射、非噴射を制御するノズル11が収容されている。   The body 40 has a fuel inlet 41 into which high-pressure fuel from the pressure accumulator is introduced, and a fuel outlet 42 connected to the return path 8. A housing portion 43 is formed on one end side of the body 40 in the axial direction. The accommodating portion 43 accommodates a nozzle 11 that controls fuel injection and non-injection.

ノズル11は、ニードル12、ノズルスプリング16、およびノズルシリンダ17を有している。ニードル12は、収容部43内に摺動自在に保持されている。収容部43の軸方向一端側には、高圧燃料通路46を介して燃料入口部41と連通する噴孔44が形成されている。   The nozzle 11 has a needle 12, a nozzle spring 16, and a nozzle cylinder 17. The needle 12 is slidably held in the housing portion 43. A nozzle hole 44 that communicates with the fuel inlet 41 via a high-pressure fuel passage 46 is formed at one axial end of the housing 43.

この噴孔44の燃料入口部41側には、ニードル12に形成されているシート部13が着座する弁座45が形成されている。弁座45にシート部13が着座することにより、噴孔44への燃料の流れが閉ざされ、噴孔44からの燃料の噴射が停止する。弁座45からシート部13が離座することにより、噴孔44への燃料の流れが許容され、噴孔44から燃料が噴射する。   A valve seat 45 on which the seat portion 13 formed on the needle 12 is seated is formed on the fuel inlet portion 41 side of the nozzle hole 44. When the seat 13 is seated on the valve seat 45, the flow of fuel to the nozzle hole 44 is closed, and the fuel injection from the nozzle hole 44 is stopped. When the seat portion 13 is separated from the valve seat 45, the flow of fuel to the nozzle hole 44 is allowed, and fuel is injected from the nozzle hole 44.

ノズルシリンダ17は、筒状に形成されており、ニードル12のシート部13とは反対側の端部に形成されているピストン部14を内周側に摺動自在に、かつ液密的に挿入している。ノズルシリンダ17は、ピストン部14および収容部43の内壁とともに内部の燃料圧力が高圧と低圧とに切り替えられる制御室52を形成する。   The nozzle cylinder 17 is formed in a cylindrical shape, and a piston portion 14 formed at an end portion of the needle 12 opposite to the seat portion 13 is slidably and liquid-tightly inserted on the inner peripheral side. is doing. The nozzle cylinder 17 forms a control chamber 52 in which the internal fuel pressure is switched between high pressure and low pressure together with the piston portion 14 and the inner wall of the accommodating portion 43.

ニードル12のシート部13とピストン部14との間にはフランジ部15が形成され、このフランジ部15とノズルシリンダ17との間には、ノズルスプリング16が設けられている。このノズルスプリング16は、ニードル12を、シート部13が弁座45に着座する方向、つまり閉弁方向に付勢する。   A flange portion 15 is formed between the seat portion 13 and the piston portion 14 of the needle 12, and a nozzle spring 16 is provided between the flange portion 15 and the nozzle cylinder 17. The nozzle spring 16 urges the needle 12 in the direction in which the seat portion 13 is seated on the valve seat 45, that is, in the valve closing direction.

ニードル12は、制御室52内の燃料圧力により閉弁方向に付勢される。また、ニードル12は、燃料入口部41から高圧燃料通路46を介して収容部43に導かれる高圧燃料によりシート部13が弁座45から離座する方向、つまり開弁方向に付勢される。ニードル12は、制御室52内の燃料圧力、収容部43に導かれる高圧燃料の燃料圧力、およびノズルスプリング16の付勢力のバランスにより、閉弁方向または開弁方向への移動が決定される。   The needle 12 is urged in the valve closing direction by the fuel pressure in the control chamber 52. Further, the needle 12 is urged in a direction in which the seat portion 13 is separated from the valve seat 45, that is, in a valve opening direction, by the high pressure fuel guided from the fuel inlet portion 41 to the accommodating portion 43 through the high pressure fuel passage 46. The movement of the needle 12 in the valve closing direction or the valve opening direction is determined by the balance of the fuel pressure in the control chamber 52, the fuel pressure of the high-pressure fuel guided to the housing portion 43, and the urging force of the nozzle spring 16.

制御弁18は、ボデー40の軸方向中間部に形成されているバルブ室53内に収容され、制御室52内の燃料圧力の高圧、低圧を切り替え制御する。バルブ室53は、制御室52と常時連通する連絡通路50、収容部43から分岐した高圧連絡通路47、低圧燃料通路48と接続している。連絡通路50には、コモンオリフィス51が設けられている。   The control valve 18 is housed in a valve chamber 53 formed in the intermediate portion of the body 40 in the axial direction, and performs switching control between high pressure and low pressure of the fuel pressure in the control chamber 52. The valve chamber 53 is connected to a communication passage 50 that always communicates with the control chamber 52, a high-pressure communication passage 47 that branches off from the housing portion 43, and a low-pressure fuel passage 48. A common orifice 51 is provided in the communication passage 50.

制御弁18は、弁体19、およびバルブスプリング20を有している。弁体19は、バルブ室53の内壁における低圧燃料通路48の開口部の周囲に形成されている低圧側シート面54に離着座することにより、バルブ室53と低圧燃料通路48との間の連通、遮断を制御する。   The control valve 18 includes a valve body 19 and a valve spring 20. The valve body 19 communicates between the valve chamber 53 and the low-pressure fuel passage 48 by separating from and seating on the low-pressure side seat surface 54 formed around the opening of the low-pressure fuel passage 48 in the inner wall of the valve chamber 53. Control the shut-off.

また、弁体19は、バルブ室53の内壁における高圧連絡通路47の開口部の周囲に形成されている高圧側シート面55に離着座することにより、バルブ室53と高圧連絡通路47との間の連通、遮断を制御する。   Further, the valve element 19 is separated from and seated on the high-pressure side seat surface 55 formed around the opening of the high-pressure communication passage 47 in the inner wall of the valve chamber 53, so that the valve body 19 is located between the valve chamber 53 and the high-pressure communication passage 47. Controls communication and disconnection.

弁体19は、低圧側シート面54に着座しているときは、高圧側シート面55から離座しており、反対に低圧側シート面54から離座しているときは、高圧側シート面55に着座する。バルブスプリング20は、低圧側シート面54に着座させる向きに弁体19を付勢する。   The valve body 19 is separated from the high-pressure side seat surface 55 when seated on the low-pressure side seat surface 54, and conversely when the seat 19 is separated from the low-pressure side seat surface 54. Sitting at 55. The valve spring 20 urges the valve body 19 in a direction to be seated on the low pressure side seat surface 54.

アクチュエータ部21は、ボデー40の軸方向他端側に形成されているアクチュエータ室56に収容されている。アクチュエータ室56は、低圧連絡通路49を介して低圧燃料通路48に接続している。   The actuator portion 21 is accommodated in an actuator chamber 56 formed on the other end side of the body 40 in the axial direction. The actuator chamber 56 is connected to the low pressure fuel passage 48 via the low pressure communication passage 49.

燃料タンク10と燃料出口部42とを接続するリターン経路8には、低圧燃料通路48側の圧力を制御する背圧弁9が配置されている。蓄圧器内に蓄えられた高圧燃料の圧力が100MPa以上であるのに対し、背圧弁9は低圧燃料通路48側の燃料圧力を1MPa程度に制御する。   A back pressure valve 9 for controlling the pressure on the low pressure fuel passage 48 side is disposed in the return path 8 that connects the fuel tank 10 and the fuel outlet 42. Whereas the pressure of the high pressure fuel stored in the pressure accumulator is 100 MPa or more, the back pressure valve 9 controls the fuel pressure on the low pressure fuel passage 48 side to about 1 MPa.

アクチュエータ部21は、圧電アクチュエータ22、および変位伝達部30を有している。圧電アクチュエータ22は、主に圧電体を複数積層させることにより構成されており、電荷の充放電により伸縮する。   The actuator unit 21 includes a piezoelectric actuator 22 and a displacement transmission unit 30. The piezoelectric actuator 22 is mainly configured by laminating a plurality of piezoelectric bodies, and expands and contracts due to charge and discharge.

変位伝達部30は、圧電アクチュエータ22の伸縮変位を制御弁18の弁体19に伝達する。変位伝達部30は、アクチュエータシリンダ31、第一ピストン32、および第二ピストン33を有する。第一ピストン32および第二ピストン33は、アクチュエータシリンダ31の内周側に摺動自在に、かつ液密的に挿入されている。第一ピストン32と第二ピストン33との間には、燃料が充填された液室34が形成されている。   The displacement transmission unit 30 transmits the expansion / contraction displacement of the piezoelectric actuator 22 to the valve body 19 of the control valve 18. The displacement transmission unit 30 includes an actuator cylinder 31, a first piston 32, and a second piston 33. The first piston 32 and the second piston 33 are slidably and liquid-tightly inserted on the inner peripheral side of the actuator cylinder 31. A liquid chamber 34 filled with fuel is formed between the first piston 32 and the second piston 33.

第一ピストン32は、第一スプリング35により圧電アクチュエータ22側に向かって付勢されている。第一ピストン32は、圧電アクチュエータ22により直接駆動される。圧電アクチュエータ22の伸長時、第一ピストン32が液室34に向かって移動するため、液室34内の燃料圧力が上昇する。   The first piston 32 is biased toward the piezoelectric actuator 22 by the first spring 35. The first piston 32 is directly driven by the piezoelectric actuator 22. When the piezoelectric actuator 22 is extended, the first piston 32 moves toward the liquid chamber 34, so that the fuel pressure in the liquid chamber 34 increases.

第二ピストン33は、第二スプリング36により制御弁18の弁体19側に向かって付勢されている。第二ピストン33は、弁体19と機械的に接続されており、第二ピストン33が液室34内の燃料圧力を受けて弁体19に向かって移動することにより、弁体19をバルブ室53と低圧燃料通路48との間を連通する方向に移動させる。   The second piston 33 is urged toward the valve body 19 side of the control valve 18 by the second spring 36. The second piston 33 is mechanically connected to the valve body 19. When the second piston 33 receives the fuel pressure in the liquid chamber 34 and moves toward the valve body 19, the valve body 19 is moved to the valve chamber 19. 53 and the low-pressure fuel passage 48 are moved in a communication direction.

圧電アクチュエータ22の伸長時、第一ピストン32は液室34の方向に移動する。すると液室34内の燃料圧力は上昇する。第二ピストン33は、液室34内の高圧化された燃料圧力を受け、弁体19をバルブ室53と低圧燃料通路48との間を連通するとともに、バルブ室53と高圧燃料通路46との間の連通を遮断する方向に移動させる。これにより、弁体19は、バルブ室53と低圧燃料通路48との間を連通し、バルブ室53と高圧燃料通路46との間の連通を遮断する。   When the piezoelectric actuator 22 is extended, the first piston 32 moves in the direction of the liquid chamber 34. Then, the fuel pressure in the liquid chamber 34 increases. The second piston 33 receives the increased fuel pressure in the liquid chamber 34, communicates the valve body 19 between the valve chamber 53 and the low pressure fuel passage 48, and connects the valve chamber 53 and the high pressure fuel passage 46. Move in the direction that cuts off the communication between them. As a result, the valve body 19 communicates between the valve chamber 53 and the low pressure fuel passage 48 and blocks communication between the valve chamber 53 and the high pressure fuel passage 46.

圧電アクチュエータ22の収縮時、液室34内の燃料圧力は低下する。第二ピストン33は、制御弁18のバルブスプリング20の付勢力により第一ピストン32側に移動する。バルブスプリング20の付勢力は、第二スプリング36の付勢力よりも大きい。弁体19は、バルブ室53と低圧燃料通路48との間の連通を遮断し、バルブ室53と高圧連絡通路47との間を連通する。   When the piezoelectric actuator 22 contracts, the fuel pressure in the liquid chamber 34 decreases. The second piston 33 moves to the first piston 32 side by the urging force of the valve spring 20 of the control valve 18. The urging force of the valve spring 20 is larger than the urging force of the second spring 36. The valve body 19 blocks communication between the valve chamber 53 and the low-pressure fuel passage 48 and communicates between the valve chamber 53 and the high-pressure communication passage 47.

圧電アクチュエータ22は、圧電体ユニット22aおよび金属製のハウジング22bを有している。圧電体ユニット22aは、圧電体層Pと内部電極層Eとを積層させたものであって、内部電極層Eより圧電体層Pに電圧を印加することにより伸長する圧電駆動部24と、伸長する際に作用する荷重を検出する荷重センサ部23とを有する。荷重センサ部23は、圧電体層Pの圧電効果を利用したセンサである。荷重センサ部23を構成する内部電極層Eから、荷重に応じた電圧信号が取り出される。   The piezoelectric actuator 22 has a piezoelectric body unit 22a and a metal housing 22b. The piezoelectric unit 22a is formed by laminating a piezoelectric layer P and an internal electrode layer E. The piezoelectric unit 22a extends by applying a voltage from the internal electrode layer E to the piezoelectric layer P. And a load sensor unit 23 for detecting a load acting upon the operation. The load sensor unit 23 is a sensor that uses the piezoelectric effect of the piezoelectric layer P. A voltage signal corresponding to the load is extracted from the internal electrode layer E constituting the load sensor unit 23.

圧電アクチュエータ22は、駆動回路3に接続されている。駆動回路3は、圧電駆動部24に充電電流を供給し、圧電駆動部24の充電電圧を高めることにより、充電エネルギが圧電駆動部24へ蓄積される。圧電駆動部24の伸長量は充電エネルギに応じて変化する。駆動回路3には、ECU4が接続されている。ECU4は、ECU4が取得した各種センサからの各種情報に基づき設定される圧電駆動部24への充電エネルギおよび圧電駆動部24への通電タイミングに応じた充電制御信号を生成し、圧電駆動部24に出力する。ここで、圧電駆動部24に蓄積される充電エネルギとは、圧電駆動部24に流れる充電電流と充電電圧とを充電行程中に測定し、測定した充電電流と充電電圧との積を時間積分したものである。   The piezoelectric actuator 22 is connected to the drive circuit 3. The drive circuit 3 supplies a charging current to the piezoelectric driving unit 24 and increases the charging voltage of the piezoelectric driving unit 24, whereby charging energy is accumulated in the piezoelectric driving unit 24. The extension amount of the piezoelectric drive unit 24 changes according to the charging energy. An ECU 4 is connected to the drive circuit 3. The ECU 4 generates a charging control signal corresponding to the charging energy to the piezoelectric driving unit 24 and the energization timing to the piezoelectric driving unit 24 set based on various information from various sensors acquired by the ECU 4, and sends the charging control signal to the piezoelectric driving unit 24. Output. Here, the charging energy accumulated in the piezoelectric driving unit 24 is obtained by measuring the charging current and the charging voltage flowing through the piezoelectric driving unit 24 during the charging process, and integrating the product of the measured charging current and the charging voltage over time. Is.

また、荷重センサ部23は、駆動回路3に接続されている。荷重センサ部23からの電荷と電圧信号は、駆動回路3を介してECU4に入力される。ECU4には、吸入空気量、アクセルペダル踏み込み量、内燃機関回転数、蓄圧器内の燃料圧力などを検出する各種センサ(図示せず)とも接続され、これらの各種センサからの信号が入力されるようになっている。   Further, the load sensor unit 23 is connected to the drive circuit 3. The charge and voltage signals from the load sensor unit 23 are input to the ECU 4 via the drive circuit 3. The ECU 4 is also connected to various sensors (not shown) for detecting the intake air amount, accelerator pedal depression amount, internal combustion engine speed, fuel pressure in the accumulator, and the like, and signals from these various sensors are input. It is like that.

本実施形態では、圧電アクチュエータ22の圧電駆動部24を充放電させる方法として、マルチスイッチング方式(以下、「MS方式」という)を採用している。   In the present embodiment, a multi-switching method (hereinafter referred to as “MS method”) is adopted as a method for charging and discharging the piezoelectric drive unit 24 of the piezoelectric actuator 22.

駆動回路3は、直流電源(図示せず)からインダクタ(図示せず)を介して圧電アクチュエータ22に通電する経路中に、直流電源を直接切り離すことができるスイッチング素子(図示せず)を備えている。MS方式では、ECU4からの充電制御信号に基づいて、当該スイッチング素子を複数回オン/オフすることにより、圧電アクチュエータ22の圧電駆動部24を数回に分けて充電する。   The drive circuit 3 includes a switching element (not shown) capable of directly disconnecting the DC power supply in a path for energizing the piezoelectric actuator 22 from a DC power supply (not shown) via an inductor (not shown). Yes. In the MS system, the switching element is turned on / off a plurality of times based on a charge control signal from the ECU 4 to charge the piezoelectric drive unit 24 of the piezoelectric actuator 22 in several times.

スイッチング素子がオンしている間は、圧電駆動部24へ漸増する充電電流が流れる。スイッチング素子がオフされると、フライホイール作用で圧電駆動部24へ漸減する充電電流が流れる。このように圧電駆動部24に充電電流が流れる間、圧電駆動部24の圧電体層Pにおける充電電圧は増加し続ける。なお、MS方式の詳細な駆動方法や回路構成などは、例えば特開2001−53348号公報にて周知である。   While the switching element is on, a charging current that gradually increases flows to the piezoelectric drive unit 24. When the switching element is turned off, a charging current that gradually decreases to the piezoelectric drive unit 24 by the flywheel action flows. Thus, while the charging current flows through the piezoelectric driving unit 24, the charging voltage in the piezoelectric layer P of the piezoelectric driving unit 24 continues to increase. The detailed driving method and circuit configuration of the MS method are well known, for example, in Japanese Patent Laid-Open No. 2001-53348.

ECU4は、MPU5、AD変換部6、DSP7などを有している。また、MPU5は、取得データや制御プログラムなどの記憶機能を有するメモリ手段5aを備えている。メモリ手段5aは例えば、ROM、EEPROM、およびRAMなどから構成されている。MPU5は、メモリ手段5aに記憶されている制御プログラムに従って演算処理を行う。なお、このメモリ手段5aが特許請求の範囲に記載の「記憶手段」に相当する。   The ECU 4 includes an MPU 5, an AD conversion unit 6, a DSP 7, and the like. Further, the MPU 5 includes a memory unit 5a having a storage function such as acquired data and a control program. The memory means 5a is composed of, for example, a ROM, an EEPROM, and a RAM. The MPU 5 performs arithmetic processing according to a control program stored in the memory unit 5a. The memory means 5a corresponds to “storage means” recited in the claims.

ECU4は、荷重センサ部23より入力される電荷と電圧信号とをAD変換部6にて高速A/D処理することにより圧電駆動部24が発生している荷重を算出するとともに、算出した荷重や、各種センサから入力される信号に基づき、圧電駆動部24へ出力する充電制御信号などを生成する。   The ECU 4 calculates the load generated by the piezoelectric drive unit 24 by performing high-speed A / D processing on the charge and voltage signals input from the load sensor unit 23 in the AD conversion unit 6, and calculates the calculated load and Based on signals input from various sensors, a charge control signal to be output to the piezoelectric drive unit 24 is generated.

次に、上記燃料供給装置1の作動を説明する。圧電アクチュエータ22が伸長していないとき、第二ピストン33は、制御弁18のバルブスプリング20の付勢力により第一ピストン32側に移動している。これにより、弁体19は、バルブ室53内の燃料圧力を受けて低圧燃料通路48の方向に移動して低圧側シート面54に着座し、バルブ室53と低圧燃料通路48との間の連通を遮断するとともに、バルブ室53と高圧連絡通路47との間を連通する。これにより、バルブ室53内の燃料圧力は、高圧燃料通路46の燃料圧力と等しくなり、バルブ室53と連通している制御室52内の燃料圧力は、高圧燃料通路46の燃料圧力と等しくなる。   Next, the operation of the fuel supply device 1 will be described. When the piezoelectric actuator 22 is not extended, the second piston 33 is moved to the first piston 32 side by the biasing force of the valve spring 20 of the control valve 18. As a result, the valve body 19 receives the fuel pressure in the valve chamber 53, moves in the direction of the low pressure fuel passage 48 and is seated on the low pressure side seat surface 54, and the communication between the valve chamber 53 and the low pressure fuel passage 48 is established. The valve chamber 53 and the high-pressure communication passage 47 are communicated with each other. Thereby, the fuel pressure in the valve chamber 53 becomes equal to the fuel pressure in the high pressure fuel passage 46, and the fuel pressure in the control chamber 52 communicating with the valve chamber 53 becomes equal to the fuel pressure in the high pressure fuel passage 46. .

このとき、高圧燃料通路46の燃料圧力がニードル12の周囲に作用することによるニードル12に発生する開弁方向の力は、制御室52の燃料圧力がニードル12のピストン部14に作用することによるニードル12に発生する閉弁方向の力、およびノズルスプリング16の付勢力によるニードル12に発生する閉弁方向の力の合計よりも小さい。そのため、ニードル12のシート部13が弁座45に着座し、噴孔44からの燃料の噴射が停止する。   At this time, the force in the valve opening direction generated in the needle 12 due to the fuel pressure in the high-pressure fuel passage 46 acting around the needle 12 is due to the fuel pressure in the control chamber 52 acting on the piston portion 14 of the needle 12. It is smaller than the sum of the force in the valve closing direction generated at the needle 12 and the force in the valve closing direction generated at the needle 12 due to the urging force of the nozzle spring 16. Therefore, the seat portion 13 of the needle 12 is seated on the valve seat 45, and fuel injection from the injection hole 44 is stopped.

ECU4からの充電制御信号により圧電アクチュエータ22の圧電駆動部24が伸長すると、圧電駆動部24の伸長にともなって、第一ピストン32は液室34に向かって移動する。すると、液室34内の燃料圧力が上昇する。第二ピストン33は、上昇した燃料圧力を受けて弁体19側に向かって移動する。弁体19は、高圧連絡通路47の方向に移動して高圧側シート面55に着座し、バルブ室53と低圧燃料通路48との間を連通するとともに、バルブ室53と高圧連絡通路47との間の連通を遮断する。すると、制御室52内の燃料は、コモンオリフィス51、連絡通路50、バルブ室53、および低圧燃料通路48を介して燃料タンク10へ戻される。これにより、制御室52内の燃料圧力が低下する。このとき、荷重センサ部23は、圧電駆動部24が伸長したとき、第一、第二ピストン32、33並びに制御弁18の弁体19から圧電駆動部24に作用する荷重Fを検出する。   When the piezoelectric drive unit 24 of the piezoelectric actuator 22 is extended by the charge control signal from the ECU 4, the first piston 32 moves toward the liquid chamber 34 as the piezoelectric drive unit 24 is extended. Then, the fuel pressure in the liquid chamber 34 increases. The second piston 33 receives the increased fuel pressure and moves toward the valve body 19 side. The valve body 19 moves in the direction of the high-pressure communication passage 47 and is seated on the high-pressure side seat surface 55, and communicates between the valve chamber 53 and the low-pressure fuel passage 48, and between the valve chamber 53 and the high-pressure communication passage 47. Block communication between them. Then, the fuel in the control chamber 52 is returned to the fuel tank 10 via the common orifice 51, the communication passage 50, the valve chamber 53, and the low pressure fuel passage 48. As a result, the fuel pressure in the control chamber 52 decreases. At this time, the load sensor unit 23 detects the load F acting on the piezoelectric drive unit 24 from the first and second pistons 32 and 33 and the valve body 19 of the control valve 18 when the piezoelectric drive unit 24 extends.

このとき、高圧燃料通路46の燃料圧力がニードル12の周囲に作用することによるニードル12に発生する開弁方向の力は、制御室52の燃料圧力がニードル12のピストン部14に作用することによる閉弁方向の力、およびノズルスプリング16の付勢力による閉弁方向の力の合計よりも大きい。そのため、ニードル12のシート部13が弁座45から離座し、噴孔44からの燃料の噴射が行われる。   At this time, the force in the valve opening direction generated in the needle 12 due to the fuel pressure in the high-pressure fuel passage 46 acting around the needle 12 is due to the fuel pressure in the control chamber 52 acting on the piston portion 14 of the needle 12. It is larger than the sum of the force in the valve closing direction and the force in the valve closing direction due to the urging force of the nozzle spring 16. Therefore, the seat portion 13 of the needle 12 is separated from the valve seat 45, and fuel is injected from the injection hole 44.

その後、ECU4からの放電制御信号により圧電駆動部24が収縮すると、圧電駆動部24の収縮にともなって、第二ピストン33はバルブスプリング20の付勢力により第一ピストン32側に移動する。これにより、弁体19は、低圧側シート面54に着座し、バルブ室53と低圧燃料通路48との間の連通を遮断するとともに、バルブ室53と高圧連絡通路47との間を連通する。これにより、蓄圧器からの高圧燃料が高圧燃料通路46、高圧連絡通路47、バルブ室53、連絡通路50、およびコモンオリフィス51を介して制御室52に導入される。   Thereafter, when the piezoelectric drive unit 24 contracts due to the discharge control signal from the ECU 4, the second piston 33 moves to the first piston 32 side by the urging force of the valve spring 20 as the piezoelectric drive unit 24 contracts. As a result, the valve body 19 is seated on the low pressure side seat surface 54, shuts off communication between the valve chamber 53 and the low pressure fuel passage 48, and communicates between the valve chamber 53 and the high pressure communication passage 47. As a result, the high pressure fuel from the pressure accumulator is introduced into the control chamber 52 via the high pressure fuel passage 46, the high pressure communication passage 47, the valve chamber 53, the communication passage 50, and the common orifice 51.

これにより、制御室52内の燃料圧力は再び上昇する。このため、ニードル12に発生する開弁方向の力は、ニードル12に発生する閉弁方向の力よりも小さくなり、ニードル12のシート部13が弁座45に着座する。その結果、噴孔44からの燃料の噴射が停止する。圧電アクチュエータ22の伸縮を繰り返すことにより、噴孔44からの燃料の噴射が断続される。   Thereby, the fuel pressure in the control chamber 52 rises again. Therefore, the force in the valve opening direction generated at the needle 12 is smaller than the force in the valve closing direction generated at the needle 12, and the seat portion 13 of the needle 12 is seated on the valve seat 45. As a result, fuel injection from the nozzle hole 44 is stopped. By repeatedly expanding and contracting the piezoelectric actuator 22, fuel injection from the injection hole 44 is interrupted.

なお、本実施形態では、ノズル11、制御弁18、および変位伝達部30が特許請求の範囲に記載の「噴射機能部品」に相当する。   In the present embodiment, the nozzle 11, the control valve 18, and the displacement transmission unit 30 correspond to “injection functional parts” recited in the claims.

次に、燃料噴射弁2から燃料を噴射させる際のECU4、駆動回路3、圧電アクチュエータ22の圧電駆動部24、および圧電駆動部24にて駆動される制御弁18の作動状態について、図2のタイムチャートを用いて説明する。図2は、圧電アクチュエータ22における圧電駆動部24、および制御弁18の弁体19の作動状態を示すタイムチャートである。   Next, the operation state of the control valve 18 driven by the ECU 4, the drive circuit 3, the piezoelectric drive unit 24 of the piezoelectric actuator 22 and the piezoelectric drive unit 24 when injecting fuel from the fuel injection valve 2 is shown in FIG. This will be described using a time chart. FIG. 2 is a time chart showing the operating state of the piezoelectric drive unit 24 in the piezoelectric actuator 22 and the valve element 19 of the control valve 18.

ECU4は、所望の燃料噴射弁2からの燃料の噴射を許可する噴射許可信号を生成する。噴射許可信号は、ECU4が取得する例えば、吸入空気量、アクセルペダル踏み込み量、内燃機関回転数、蓄圧器内の燃料圧力などの各種情報に基づき生成される。噴射許可信号のオン期間は、所望の燃料噴射弁2に対して最適な噴射量でかつ、最適なタイミングで噴射が行えるように設定される。   The ECU 4 generates an injection permission signal that permits fuel injection from the desired fuel injection valve 2. The injection permission signal is generated based on various information such as the intake air amount, the accelerator pedal depression amount, the internal combustion engine speed, and the fuel pressure in the accumulator, which are acquired by the ECU 4. The ON period of the injection permission signal is set so that the injection can be performed at the optimal injection amount and at the optimal timing for the desired fuel injection valve 2.

噴射許可信号が時刻T0にてオンされると、ECU4は、駆動回路3を制御する充電制御信号を生成し、駆動回路3に出力する。具体的には、充電制御信号は、複数回オン/オフを繰り返すような信号である。充電制御信号がオンしている間は、前述したスイッチング素子がオンされて圧電駆動部24へ漸増する充電電流が流れる。充電制御信号がオフしている間はスイッチング素子がオフされてフライホイール作用で圧電駆動部24へ漸減する充電電流が流れる。この動作は複数回行われる。   When the injection permission signal is turned on at time T 0, the ECU 4 generates a charge control signal for controlling the drive circuit 3 and outputs it to the drive circuit 3. Specifically, the charge control signal is a signal that repeats ON / OFF a plurality of times. While the charge control signal is on, the above-described switching element is turned on, and a charging current that gradually increases flows to the piezoelectric drive unit 24. While the charge control signal is off, the switching element is turned off, and a charging current that gradually decreases to the piezoelectric drive unit 24 by the flywheel action flows. This operation is performed a plurality of times.

この動作が行われるたびに、圧電駆動部24の充電電圧は、徐々に上昇する。この上昇は、充電制御信号が終了するまで続く。これら一連の動作により、圧電駆動部24には、所定の充電エネルギが蓄積される。圧電駆動部24は、充電電圧が高まるにつれ伸長する。このとき、荷重センサ部23は、圧電駆動部24が伸長したときの第一、第二ピストン32、33並びに制御弁18の弁体19から圧電駆動部24に作用する荷重Fを検出する。荷重センサ部23は、前述の荷重Fの大きさに応じた出力信号を出力する。   Each time this operation is performed, the charging voltage of the piezoelectric drive unit 24 gradually increases. This rise continues until the charge control signal ends. Predetermined charging energy is accumulated in the piezoelectric drive unit 24 by these series of operations. The piezoelectric drive unit 24 expands as the charging voltage increases. At this time, the load sensor unit 23 detects the load F acting on the piezoelectric drive unit 24 from the first and second pistons 32 and 33 and the valve body 19 of the control valve 18 when the piezoelectric drive unit 24 extends. The load sensor unit 23 outputs an output signal corresponding to the magnitude of the load F described above.

時刻T0より駆動回路3から圧電駆動部24へ充電電流の供給が開始されると荷重Fは徐々に上昇する。時刻Tが第一時刻T1に達し、荷重Fが第一荷重F1を示すと、弁体19は低圧側シート面54から離座する。   When the supply of charging current from the drive circuit 3 to the piezoelectric drive unit 24 is started from time T0, the load F gradually increases. When the time T reaches the first time T1 and the load F indicates the first load F1, the valve body 19 is separated from the low-pressure side seat surface 54.

弁体19が低圧側シート面54から離座すると、バルブ室53と低圧燃料通路48との間が連通し、バルブ室53内の燃料圧力が低圧燃料通路48に排出される。弁体19が低圧側シート面54および高圧側シート面55のいずれにも着座していない状態では、バルブ室53と低圧燃料通路48との差圧により弁体19を低圧側シート面54に付勢する力は発生しない。このため、荷重Fは時刻Tが第二時刻T2に達するまで下降する。時刻Tが第二時刻T2に達し、荷重Fが第二荷重F2を示すと、弁体19は高圧側シート面55に接触する。弁体19はこれ以上の移動が停止されるため、第二時刻T2以降の荷重Fは再び上昇する。   When the valve body 19 is separated from the low pressure side seat surface 54, the valve chamber 53 and the low pressure fuel passage 48 communicate with each other, and the fuel pressure in the valve chamber 53 is discharged to the low pressure fuel passage 48. In a state where the valve body 19 is not seated on either the low pressure side seat surface 54 or the high pressure side seat surface 55, the valve body 19 is attached to the low pressure side seat surface 54 due to the differential pressure between the valve chamber 53 and the low pressure fuel passage 48. No force is generated. For this reason, the load F falls until the time T reaches the second time T2. When the time T reaches the second time T2 and the load F indicates the second load F2, the valve body 19 contacts the high-pressure side seat surface 55. Since the valve body 19 stops moving any more, the load F after the second time T2 rises again.

なお、ECU4は、この第一荷重F1と第二荷重F2とを比較することにより、弁体19が低圧側シート面54から離座したか否かを判定することができる。   The ECU 4 can determine whether or not the valve body 19 is separated from the low-pressure side seat surface 54 by comparing the first load F1 and the second load F2.

ここで、弁体19が高圧側シート面55に接触し、荷重Fが第二荷重F2から少し上昇した値を示しても、弁体19には、弁体19を高圧側シート面55から離座させる方向に付勢する高圧連絡通路47の燃料圧力が常に作用しているため、確実に弁体19が高圧側シート面55に着座した状態であると推定することはできない。弁体19が高圧側シート面55に確実に着座していると推定するには、弁体19が高圧側シート面55にさらに強く押し付けられ、荷重Fがある程度の値を示すことが必要となる。   Here, even if the valve body 19 comes into contact with the high pressure side seat surface 55 and the load F shows a value slightly increased from the second load F2, the valve body 19 is separated from the high pressure side seat surface 55. Since the fuel pressure of the high-pressure communication passage 47 that is energized in the seating direction is constantly acting, it cannot be estimated that the valve body 19 is reliably seated on the high-pressure side seat surface 55. In order to estimate that the valve body 19 is securely seated on the high-pressure side seat surface 55, the valve body 19 is pressed more strongly against the high-pressure side seat surface 55, and the load F needs to exhibit a certain value. .

その指標となる荷重Fが第三荷重F3である。ECU4は、時刻Tが第三時刻T3に達し、荷重Fが第三荷重F3を超えたことを検出すると、弁体19が高圧側シート面55に確実に着座したと推定する。第三時刻T3以降では、弁体19が高圧側シート面55に着座した状態が維持される。これにより、ニードル12のシート部13が弁座45から離座し、噴孔44からの燃料の噴射が行われる。   The load F used as the index is the third load F3. When the ECU 4 detects that the time T has reached the third time T3 and the load F exceeds the third load F3, the ECU 4 estimates that the valve body 19 is securely seated on the high-pressure side seat surface 55. After the third time T3, the state in which the valve body 19 is seated on the high-pressure side seat surface 55 is maintained. As a result, the seat portion 13 of the needle 12 is separated from the valve seat 45, and fuel is injected from the injection hole 44.

ここで、本実施形態では、圧電駆動部24に蓄積される充電エネルギを高めることにより、弁体19を高圧側シート面55に押し付け、確実に弁体19を高圧側シート面55に着座させている。具体的には、充電制御信号のオン時間を長くすることによって、蓄積される充電エネルギを高め、弁体19を高圧側シート面55に押し付ける力を確保している。一方、反対に押し付ける力を弱めるには、充電制御信号のオン時間を短くすることによって、蓄積される充電エネルギを低くしている。   Here, in the present embodiment, by increasing the charging energy accumulated in the piezoelectric drive unit 24, the valve body 19 is pressed against the high-pressure side seat surface 55, and the valve body 19 is securely seated on the high-pressure side seat surface 55. Yes. Specifically, by increasing the ON time of the charging control signal, the accumulated charging energy is increased, and the force for pressing the valve body 19 against the high-pressure side seat surface 55 is ensured. On the other hand, in order to weaken the pressing force, the accumulated charge energy is lowered by shortening the ON time of the charge control signal.

弁体19は、蓄積された充電エネルギに応じて高圧側シート面55に押し付けられるため第三時刻T3以降も荷重Fは上昇を続ける。荷重Fは、所定時間経過後、最大荷重Fpを示し、その後、安定荷重Faに収束する。最大荷重Fpおよび安定荷重Faは、供給する充電エネルギに応じて変化する。ここで、安定荷重Faは、最大荷重Fpから蓄積された充電エネルギが放出されるまでの単位時間当たりの変化量が最も小さくなる荷重Fである。   Since the valve body 19 is pressed against the high-pressure side seat surface 55 in accordance with the accumulated charging energy, the load F continues to rise after the third time T3. The load F indicates the maximum load Fp after a predetermined time, and then converges to the stable load Fa. The maximum load Fp and the stable load Fa change according to the supplied charging energy. Here, the stable load Fa is a load F that minimizes the amount of change per unit time until the accumulated charging energy is released from the maximum load Fp.

噴射許可信号がオンとなってから所定時間経過後、第四時刻T4に達すると、噴射許可信号はオフとなる。噴射許可信号がオフとなると、図示しない放電制御信号がECU4から駆動回路3に出力される。駆動回路3は、放電制御信号を受信すると、圧電駆動部24に蓄積された充電エネルギを放出させる制御を行う。これにより、荷重Fは、時刻T0よりも以前の状態にまで下降する。これに伴い、弁体19は、高圧側シート面55から離座し、低圧側シート面54に着座する。これにより、ニードル12のシート部13が弁座45に着座し、噴孔44からの燃料の噴射が停止する。   When the fourth time T4 is reached after a predetermined time has elapsed since the injection permission signal was turned on, the injection permission signal is turned off. When the injection permission signal is turned off, a discharge control signal (not shown) is output from the ECU 4 to the drive circuit 3. When receiving the discharge control signal, the drive circuit 3 performs control to release the charging energy accumulated in the piezoelectric drive unit 24. Thereby, the load F falls to the state before time T0. Accordingly, the valve body 19 is separated from the high-pressure side seat surface 55 and is seated on the low-pressure side seat surface 54. As a result, the seat portion 13 of the needle 12 is seated on the valve seat 45, and fuel injection from the injection hole 44 is stopped.

ここで、圧電駆動部24への充電を開始(時刻T0)してから噴射が開始されるまでの時間のうち、時刻T0から弁体19がバルブ室53と高圧連絡通路47との間の連通を遮断するまでの第三時刻T3である作動時間ΔTは、圧電駆動部24の影響を受ける。この作動時間ΔTは、圧電駆動部24の個体間のばらつきや経時劣化により、変化する。この作動時間ΔTが変化することにより、ニードル12の動作特性が変化してしまい、燃料噴射弁2の燃料噴射の時期や噴射量などの燃料噴射特性の精度が低下する。   Here, the communication between the valve chamber 19 and the high-pressure communication passage 47 from the time T0 in the time from when charging to the piezoelectric drive unit 24 is started (time T0) to when injection is started. The operating time ΔT, which is the third time T3 until the power is cut off, is affected by the piezoelectric drive unit 24. This operating time ΔT changes due to variations among individual piezoelectric drive units 24 and deterioration over time. As the operating time ΔT changes, the operating characteristics of the needle 12 change, and the accuracy of the fuel injection characteristics such as the fuel injection timing and the injection amount of the fuel injection valve 2 decreases.

本実施形態では、この作動時間ΔTを圧電駆動部24が作動することにより得られる荷重センサ部23からの荷重Fに基づいて調整する。これにより、個体間のばらつきや経時劣化にともなう圧電駆動部24の制御性の低下を防いでいる。このように圧電駆動部24の制御性の低下を防ぐことにより、燃料噴射特性の精度の低下を防いでいる。   In the present embodiment, the operation time ΔT is adjusted based on the load F from the load sensor unit 23 obtained by operating the piezoelectric drive unit 24. This prevents a decrease in controllability of the piezoelectric drive unit 24 due to variations among individuals and deterioration over time. Thus, the deterioration of the controllability of the piezoelectric drive unit 24 is prevented, thereby preventing the accuracy of fuel injection characteristics from being lowered.

以上、図2では、ニードル12のシート部13が離座してから、再び着座するまでのECU4、駆動回路3、圧電駆動部24、および制御弁18の作動状態を説明した。一燃料行程でメイン噴射の前後に噴射を行う場合は、この図2で示した作動が噴射回数に応じた数だけ行われることとなる。   As described above, in FIG. 2, the operation states of the ECU 4, the drive circuit 3, the piezoelectric drive unit 24, and the control valve 18 from when the seat portion 13 of the needle 12 is separated until it is seated again have been described. When injection is performed before and after the main injection in one fuel stroke, the operation shown in FIG. 2 is performed according to the number of injections.

ここで、本実施形態では、内燃機関の始動運転状態、無負荷運転状態(以下、「アイドル運転状態」という)、通常運転状態などに応じて燃料噴射弁2から噴射される燃料圧力を変化させている。この燃料圧力は、蓄圧器内の燃料圧力をすることにより変化する。例えば、アイドル運転状態では、燃料噴射量は通常運転時に比べ少ない。このため、アイドル運転状態では、蓄圧器内の燃料圧力は、比較的低く設定されている。   Here, in the present embodiment, the fuel pressure injected from the fuel injection valve 2 is changed in accordance with the starting operation state, the no-load operation state (hereinafter referred to as “idle operation state”), the normal operation state, and the like of the internal combustion engine. ing. This fuel pressure is changed by adjusting the fuel pressure in the accumulator. For example, in the idle operation state, the fuel injection amount is smaller than that in the normal operation. For this reason, in the idle operation state, the fuel pressure in the pressure accumulator is set to be relatively low.

このため、弁体19を高圧側シート面55に押し付ける力を比較的小さくすることができる。つまり、圧電駆動部24に蓄積された充電エネルギを比較的低くすることができる。それに合わせて、上述した弁体19が高圧側シート面55に着座したことを推定する指標としての第三荷重F3を低く設定し、弁体19が高圧側シート面55に着座したか否かを判定している。   For this reason, the force which presses the valve body 19 against the high-pressure side seat surface 55 can be made relatively small. That is, the charging energy accumulated in the piezoelectric drive unit 24 can be made relatively low. Accordingly, the third load F3 as an index for estimating that the above-described valve body 19 is seated on the high-pressure side seat surface 55 is set low, and whether or not the valve body 19 is seated on the high-pressure side seat surface 55 is determined. Judgment.

一方、始動運転状態では、内燃機関の始動性を高める必要があるため、燃料噴射弁2を確実に作動させる必要がある。このため、圧電駆動部24に蓄積された充電エネルギを比較的高くし、確実に弁体19を高圧側シート面55に着座させている。このため、上述した最大荷重Fpおよび安定荷重Faは、内燃機関の運転状態に応じて変化することとなる。   On the other hand, since it is necessary to improve the startability of the internal combustion engine in the start operation state, it is necessary to operate the fuel injection valve 2 reliably. For this reason, the charging energy accumulated in the piezoelectric drive unit 24 is relatively high, and the valve body 19 is reliably seated on the high-pressure side seat surface 55. For this reason, the maximum load Fp and the stable load Fa described above change according to the operating state of the internal combustion engine.

ここで、始動運転状態とは、内燃機関の始動動作を開始してから内燃機関が自立運転に移行するまでの状態をいい、アイドル運転状態とは、アクセルペダルが踏み込まれていないほぼ無負荷の状態をいう。   Here, the starting operation state refers to a state from the start of the starting operation of the internal combustion engine until the internal combustion engine shifts to a self-sustaining operation, and the idle operation state refers to a substantially unloaded state in which the accelerator pedal is not depressed. State.

次に、内燃機関を始動してから停止するまでの一連の作動について、図3の制御フローを用いて説明する。図3は、内燃機関の始動開始から停止までの制御フローである。   Next, a series of operations from starting to stopping the internal combustion engine will be described using the control flow of FIG. FIG. 3 is a control flow from the start to the stop of the internal combustion engine.

この制御フローは、ECU4が、イグニッションスイッチ(図示しない)がオンとなったことを検出して開始される。   This control flow is started when the ECU 4 detects that an ignition switch (not shown) is turned on.

図3に示すように、ステップS10(以下、単に「S10」という。他のステップについても同様とする。)では、スタータ(セルモータ)の駆動回路(図示せず)に駆動信号が出力され、スタータが作動する。これにより、内燃機関のクランク軸が回転する。   As shown in FIG. 3, in step S10 (hereinafter simply referred to as “S10”, the same applies to other steps), a drive signal is output to a drive circuit (not shown) of a starter (cell motor). Operates. As a result, the crankshaft of the internal combustion engine rotates.

そして、S20では、スタータが作動していることが検出されることにより、運転状態が始動運転状態であると判断され、駆動回路3に始動時充電制御信号および始動時放電制御信号を含む始動時制御信号が出力される。駆動回路3はこの制御信号を受信すると、所定の燃料噴射弁2の圧電駆動部24に、始動時充電エネルギを蓄積させる。本実施形態では、始動時充電エネルギの量は予め定められている。   In S20, it is determined that the starter is in operation, so that the operation state is determined to be a start operation state, and the drive circuit 3 includes a start time charge control signal and a start time discharge control signal. A control signal is output. When receiving the control signal, the drive circuit 3 accumulates the charging energy at the time of starting in the piezoelectric drive unit 24 of the predetermined fuel injection valve 2. In the present embodiment, the amount of charging energy at start-up is predetermined.

S30では、スタータが停止したか否かが判定される。この処理を通じて、内燃機関が、始動運転状態を脱し、燃焼室にて燃料が燃焼する自立運転に移行したことを判定できる。本実施形態では、スタータはクランク軸の回転変動やトルク変動などに基づき自立運転に移行すると停止するようになっている。本実施形態では、スタータの作動状態を検出することにより内燃機関が自立運転に移行したか否かを判定させているが、クランク軸の回転変動やトルク変動を検出することにより自立運転に移行したか否かを判定させても良い。   In S30, it is determined whether or not the starter has stopped. Through this process, it can be determined that the internal combustion engine has escaped from the starting operation state and has shifted to a self-sustained operation in which fuel burns in the combustion chamber. In the present embodiment, the starter stops when it shifts to a self-sustained operation based on crankshaft rotation fluctuation, torque fluctuation, and the like. In this embodiment, it is determined whether or not the internal combustion engine has shifted to a self-sustained operation by detecting the operation state of the starter, but has shifted to a self-sustained operation by detecting a crankshaft rotation fluctuation or torque fluctuation. It may be determined whether or not.

S30にて、スタータが依然として作動していると判定された場合は、処理はS20に戻り、再び駆動回路3に対して始動時制御信号が出力される。S30にて、スタータが停止したと判定された場合は、処理はS40に進む。   If it is determined in S30 that the starter is still operating, the process returns to S20, and the start time control signal is output to the drive circuit 3 again. If it is determined in S30 that the starter has stopped, the process proceeds to S40.

S40では、運転状態がアイドル運転状態に移行したとして、駆動回路3にアイドル時充電制御信号およびアイドル時放電制御信号を含むアイドル時制御信号が出力される。駆動回路3はこの制御信号を受信すると、所定の燃料噴射弁2の圧電駆動部24に、アイドル時充電エネルギを蓄積させる。本実施形態では、アイドル時充電エネルギの量は予め定められている。   In S40, assuming that the operation state has shifted to the idle operation state, an idle control signal including an idle charge control signal and an idle discharge control signal is output to the drive circuit 3. When the drive circuit 3 receives this control signal, it accumulates idling charging energy in the piezoelectric drive unit 24 of the predetermined fuel injection valve 2. In the present embodiment, the amount of charging energy during idling is determined in advance.

S50では、ECU4に入力されるアクセルペダル踏み込み量の情報から、アクセルペダルが踏まれたか否かが判定される。この処理が実行されることにより、アイドル運転状態から脱し、アクセルペダル踏み込み量に応じた通常運転状態に移行したか否かを判定できる。本実施形態では、アクセルペダル踏み込み量に基づきアイドル運手状態か否かを判定させているが、内燃機関回転数に基づき判定させても良い。また、スロットルバルブ装置が装着されている車種であればスロットルバルブ装置が備えているアイドルスイッチからの信号を受信することで判定させても良い。   In S50, it is determined whether or not the accelerator pedal is depressed from information on the accelerator pedal depression amount input to the ECU 4. By executing this process, it is possible to determine whether or not the vehicle has escaped from the idle operation state and has shifted to the normal operation state according to the accelerator pedal depression amount. In the present embodiment, it is determined whether or not the engine is in the idle maneuvering state based on the accelerator pedal depression amount, but may be determined based on the internal combustion engine speed. Further, if the vehicle model is equipped with a throttle valve device, the determination may be made by receiving a signal from an idle switch provided in the throttle valve device.

S50にて、アクセルペダルが踏まれていないと判定された場合は、処理はS40に戻り、再び、駆動回路3にアイドル時制御信号が出力される。S50にて、アクセルペダルが踏まれたと判定された場合は、処理はS60に進む。   If it is determined in S50 that the accelerator pedal is not depressed, the process returns to S40, and the idle control signal is output to the drive circuit 3 again. If it is determined in S50 that the accelerator pedal has been depressed, the process proceeds to S60.

S60では、アクセルペダルの踏み込み量などに応じた内燃機関の制御を行うべく、駆動回路3に通常時充電制御信号および通常時放電制御信号を含む通常時制御信号が出力される。   In S60, a normal control signal including a normal charge control signal and a normal discharge control signal is output to the drive circuit 3 in order to control the internal combustion engine in accordance with the depression amount of the accelerator pedal.

S70では、イグニッションスイッチがオフとなっているか否かが判定される。この処理を実行されることにより、内燃機関が停止されたか否かを判定させることができる。S70にて、イグニッションスイッチがオフとなっていると判定されれば、この制御フローは終了する。イグニッションスイッチがオンとなっていると判定されれば、処理はS60に戻り、引き続き駆動回路3に通常時制御信号が出力される。   In S70, it is determined whether or not the ignition switch is off. By executing this processing, it can be determined whether or not the internal combustion engine has been stopped. If it is determined in S70 that the ignition switch is off, this control flow ends. If it is determined that the ignition switch is on, the process returns to S60, and the normal time control signal is continuously output to the drive circuit 3.

次に、荷重センサ部23の校正について、図4から図6を用いて説明する。図4は、荷重センサ部23の校正を行う際の制御フローである。図5は、工場出荷時および劣化後(校正前)におけるそれぞれの圧電駆動部24に蓄積させる充電エネルギと、そのときの荷重との関係を示すグラフである。図5中の破線は工場出荷時における圧電駆動部24の状態を示し、実線は劣化後(校正前)における圧電駆動部24の状態を示している。図6は、荷重センサ部23の温度特性図である。   Next, calibration of the load sensor unit 23 will be described with reference to FIGS. FIG. 4 is a control flow when the load sensor unit 23 is calibrated. FIG. 5 is a graph showing the relationship between charging energy accumulated in each piezoelectric drive unit 24 at the time of factory shipment and after deterioration (before calibration) and the load at that time. The broken line in FIG. 5 shows the state of the piezoelectric drive unit 24 at the time of factory shipment, and the solid line shows the state of the piezoelectric drive unit 24 after deterioration (before calibration). FIG. 6 is a temperature characteristic diagram of the load sensor unit 23.

この制御フローは、ECU4が、イグニッションスイッチがオンとなったことを検出して開始される。   This control flow is started when the ECU 4 detects that the ignition switch is turned on.

図4に示すように、S110では、外気温度センサ60(図1を参照)からの出力信号に基づき外気温Tatが取得される。続いて、S120では、内燃機関の冷却水温度を検出する冷却水温度センサ61(図1を参照)からの出力信号に基づき水温Tw、および内燃機関潤滑油温度を検出する潤滑油温度センサ62(図1を参照)からの出力信号に基づき油温Toが取得される。さらに、S130では、取得された水温Twおよび油温Toが、外気温Tatとほぼ同じであるか否かが判定される。水温Twおよび油温Toが外気温Tatとほぼ同じであると判定されれば、処理はS140に進み、そうでなければ、荷重センサ部23が内燃機関の熱を受け、適正な校正を行うことができないと判断され、この制御フローは終了する。本実施形態では、S120における処理が特許請求の範囲に記載の「機関温度取得手段」に相当する。   As shown in FIG. 4, in S110, the outside air temperature Tat is acquired based on the output signal from the outside air temperature sensor 60 (see FIG. 1). Subsequently, in S120, based on an output signal from a cooling water temperature sensor 61 (see FIG. 1) for detecting the cooling water temperature of the internal combustion engine, a lubricating oil temperature sensor 62 (for detecting the lubricating oil temperature of the internal combustion engine). The oil temperature To is acquired based on the output signal from (see FIG. 1). Furthermore, in S130, it is determined whether or not the acquired water temperature Tw and oil temperature To are substantially the same as the outside air temperature Tat. If it is determined that the water temperature Tw and the oil temperature To are substantially the same as the outside air temperature Tat, the process proceeds to S140. Otherwise, the load sensor unit 23 receives the heat of the internal combustion engine and performs an appropriate calibration. This control flow ends. In the present embodiment, the processing in S120 corresponds to “engine temperature acquisition means” recited in the claims.

S130の処理が実行されることにより、内燃機関の冷間始動を判定させることができる。本実施形態では、S130における処理が特許請求の範囲に記載の「冷間始動判定手段」に相当する。本実施形態では、水温Twおよび油温Toの両方の温度と、外気温Tatとを比較して内燃機関が冷間始動であるか否かが判定されているが、水温Twのみ、油温Toのみから冷間始動を判定させても良い。また、本実施形態では、冷間始動を、取得された水温Twおよび油温Toが外気温Tatとほぼ同じであるか否かで判定している。これは、冷却水温度センサ61、潤滑油温度センサ62、および外気温度センサ60の検出誤差を加味した結果であり、これらの検出誤差に応じて、水温Twまたは油温Toが外気温Tatであるとみなせる範囲を適宜定めれば良い。   By executing the process of S130, it is possible to determine the cold start of the internal combustion engine. In the present embodiment, the processing in S130 corresponds to “cold start determination means” described in the claims. In the present embodiment, it is determined whether the internal combustion engine is cold-started by comparing both the water temperature Tw and the oil temperature To with the outside air temperature Tat, but only the water temperature Tw and the oil temperature To The cold start may be determined only from the above. In the present embodiment, the cold start is determined based on whether or not the acquired water temperature Tw and oil temperature To are substantially the same as the outside air temperature Tat. This is a result of adding detection errors of the cooling water temperature sensor 61, the lubricating oil temperature sensor 62, and the outside air temperature sensor 60, and the water temperature Tw or the oil temperature To is the outside air temperature Tat depending on these detection errors. What is necessary is just to determine the range which can be considered as appropriate.

S140では、駆動回路3へ始動時充電制御信号が出力されたか否かが判定される。駆動回路3へ始動時充電制御信号が出力されたと判定された場合は、処理はS150に進み、始動時充電制御信号が出力されていないと判定された場合は、始動時充電制御信号が出力されるまでS140の処理が繰り返し実行される。   In S140, it is determined whether or not a start-up charge control signal is output to the drive circuit 3. If it is determined that the start-up charge control signal is output to the drive circuit 3, the process proceeds to S150, and if it is determined that the start-up charge control signal is not output, the start-up charge control signal is output. The process of S140 is repeatedly executed until

S150では、一回の燃焼サイクル中に行われる複数回噴射のうちのメイン噴射の荷重Fasと、その時の始動時充電エネルギEasとが取得される。なお、荷重Fasは、図2に示す荷重Faに相当する荷重Fであり、始動時充電エネルギEasを圧電駆動部24に蓄積させたときの荷重Fである。S150にて取得された荷重Fasおよび始動時充電エネルギEasは、ECU4が備えているメモリ手段5aに一時的に記憶される。本実施形態では、S150における処理が特許請求の範囲に記載の「取得手段」に相当する。   In S150, the load Fas of main injection out of a plurality of injections performed during one combustion cycle, and the starting charging energy Eas at that time are acquired. The load Fas is a load F corresponding to the load Fa shown in FIG. 2, and is a load F when the charging energy Eas at the time of start-up is accumulated in the piezoelectric driving unit 24. The load Fas and the starting charging energy Eas acquired in S150 are temporarily stored in the memory means 5a provided in the ECU 4. In the present embodiment, the processing in S150 corresponds to “acquiring means” described in the claims.

S160では、取得された荷重Fasの個数が必要データ数を満たしたか否かが判定される。本実施形態では、必要データ数はn=1としている。この必要データ数は、内燃機関のクランキング時、スタータを作動させたときのクランク軸の回転数と自立運転に移行するまでの時間との関係に基づいて定められる。例えば、内燃機関のフリクションが最大で、スタータに電力を供給するバッテリの電圧が下限値となっているときでは、クランキング時の回転数は約50rpmである。この状態で自立運転に移行するまでの時間が約3秒とすると、荷重Fasが取得できる機会は二回である。このように、内燃機関の始動する条件が悪い場合であっても取得できる荷重Fasは二回であるため、本実施形態では、必要データ数をn=1としている。   In S160, it is determined whether the number of acquired loads Fas satisfies the required number of data. In the present embodiment, the number of necessary data is n = 1. This required number of data is determined based on the relationship between the number of revolutions of the crankshaft when the starter is operated and the time required to shift to the self-sustaining operation when cranking the internal combustion engine. For example, when the friction of the internal combustion engine is maximum and the voltage of the battery that supplies power to the starter is the lower limit value, the rotation speed during cranking is about 50 rpm. If it takes about 3 seconds to shift to the self-sustained operation in this state, there are two opportunities to obtain the load Fas. Thus, even if the conditions for starting the internal combustion engine are bad, the load Fas that can be acquired is two times, and in this embodiment, the number of necessary data is set to n = 1.

S160の処理にて、取得された荷重Fasの個数が必要データ数を満たしていれば、処理はS170に進み、満たしていなければ再びS150に処理は戻る。   If the number of acquired loads Fas satisfies the required number of data in the process of S160, the process proceeds to S170, and if not, the process returns to S150 again.

S170では、S150にて取得された荷重Fasおよび始動時充電エネルギEasのそれぞれの平均値である荷重Fasavおよび始動時充電エネルギEasavが算出される。そして、算出された荷重Fasavおよび始動時充電エネルギEasavがメモリ手段5aに一時的に記憶される。取得された荷重Fasや始動時充電エネルギEasが一つの場合は、この処理は必要ない。   In S170, the load Fasav and the starting charging energy Easav, which are average values of the load Fas and the starting charging energy Eas acquired in S150, are calculated. Then, the calculated load Fasav and starting charging energy Easav are temporarily stored in the memory means 5a. When the acquired load Fas and the starting charging energy Eas are one, this processing is not necessary.

S180では、駆動回路3へアイドル時充電制御信号が出力されたか否かが判定される。駆動回路3へアイドル時充電制御信号が出力されたと判定された場合は、処理はS190に進に、アイドル時充電制御信号が出力されていないと判定された場合は、アイドル時充電制御信号が出力されるまでS180の処理が繰り返し実行される。   In S180, it is determined whether or not an idling charge control signal is output to the drive circuit 3. If it is determined that the idling charge control signal is output to the drive circuit 3, the process proceeds to S190, and if it is determined that the idling charge control signal is not output, the idling charge control signal is output. Until it is done, the process of S180 is repeatedly executed.

S190では、一回の燃焼サイクル中に行われる複数回噴射のうちのメイン噴射の荷重Faaと、その時のアイドル時充電エネルギEaaとが取得される。なお、荷重Faaは、図2に示す荷重Faに相当する荷重Fであり、アイドル時充電エネルギEaaを圧電駆動部24に蓄積させたときの荷重Fである。S190にて取得された荷重Faaおよびアイドル時充電エネルギEaaは、ECU4が備えているメモリ手段5aに一時的に記憶される。本実施形態では、S190における処理が特許請求の範囲に記載の「取得手段」に相当する。   In S190, the main injection load Faa of the multiple injections performed during one combustion cycle and the idling charging energy Eaa at that time are acquired. The load Faa is a load F corresponding to the load Fa shown in FIG. 2, and is a load F when the charging energy Eaa during idling is accumulated in the piezoelectric driving unit 24. The load Faa and idling charging energy Eaa acquired in S190 are temporarily stored in the memory means 5a provided in the ECU 4. In the present embodiment, the processing in S190 corresponds to “acquiring means” described in the claims.

S200では、取得された荷重Faaの個数が必要データ数を満たしているか否かが判定される。本実施形態では、必要データ数はn=10程度としている。取得するデータの数は多ければ多いほど、校正の精度を高めることができる。しかしながら、荷重Faaを取得する間にも内燃機関は作動し続けているため、荷重センサ部23の温度は、内燃機関が発する熱や駆動することにより圧電駆動部24が発する熱を受け、上昇してしまう。これでは、取得する荷重Faaに荷重センサ部23の温度上昇に基づく外乱が入ってしまい、却って校正の精度が低下する。必要データ数は以上のことを考慮に入れて定められている。   In S200, it is determined whether or not the number of acquired loads Faa satisfies the required number of data. In the present embodiment, the number of necessary data is about n = 10. The more data that is acquired, the higher the accuracy of calibration. However, since the internal combustion engine continues to operate even during the acquisition of the load Faa, the temperature of the load sensor unit 23 rises due to the heat generated by the internal combustion engine and the heat generated by the piezoelectric drive unit 24 when driven. End up. In this case, a disturbance based on the temperature rise of the load sensor unit 23 is included in the acquired load Faa, and the accuracy of calibration is reduced on the contrary. The number of necessary data is determined taking the above into consideration.

S200の処理にて、取得された荷重Faaの個数が必要データ数を満たしていれば、処理はS210に進み、満たしていなければ再びS190に処理は戻る。   In the process of S200, if the number of acquired loads Faa satisfies the required number of data, the process proceeds to S210, and if not, the process returns to S190 again.

S210では、S180にて取得された複数の荷重Faaおよびアイドル時充電エネルギEaaのそれぞれの平均値である荷重Faaavおよびアイドル時充電エネルギEaaavが算出される。そして、算出された荷重Faaavおよびアイドル時充電エネルギEaaavがメモリ手段5aに一時的に記憶される。   In S210, the load Faaav and the idle charge energy Eaaav, which are the average values of the plurality of loads Faa and idle charge energy Eaa acquired in S180, are calculated. Then, the calculated load Faaav and idling charging energy Eaaav are temporarily stored in the memory means 5a.

S220では、上記始動時充電エネルギEasavに相当する基準となる充電エネルギEasfに対応する荷重Fasfと上記荷重Fasavとの差分である荷重ΔFas、および上記アイドル時充電エネルギEaaavに相当する基準となる充電エネルギEaafに対応する荷重Faafと上記荷重Faaavとの差分である荷重ΔFaaが算出される(図5を参照)。   In S220, a load ΔFas which is a difference between the load Fasf corresponding to the charging energy Easf serving as a reference corresponding to the starting charging energy Easav and the load Fasav, and a charging energy serving as a reference corresponding to the charging energy Eaaav during idling. A load ΔFaa, which is a difference between the load Faaf corresponding to Eaaf and the load Faaaav, is calculated (see FIG. 5).

ここで、上記基準となる充電エネルギEasfとそれに対応する荷重Fasf、および上記基準となる充電エネルギEaafとそれに対応する荷重Faafは、予めメモリ手段5aに記憶されている基準温度25℃における圧電駆動部24に蓄積される基準となる充電エネルギEと、その充電エネルギEを圧電駆動部24に蓄積させたときに荷重センサ部23より出力される荷重Fとの関係(図5中の破線参照)から導き出されるものである。   Here, the reference charging energy Easf and the corresponding load Fasf, and the reference charging energy Eaaf and the corresponding load Faaf are the piezoelectric drive unit at a reference temperature of 25 ° C. stored in the memory means 5a in advance. From the relationship between the reference charging energy E stored in 24 and the load F output from the load sensor unit 23 when the charging energy E is stored in the piezoelectric drive unit 24 (see the broken line in FIG. 5). It is derived.

なお、これら充電エネルギEasfとそれに対応する荷重Fasf、および充電エネルギEaafとそれに対応する荷重Faafは、特許請求の範囲に記載の「基準充電エネルギ」および「基準荷重信号」に相当する。   The charging energy Easf and the corresponding load Fasf, and the charging energy Eaaf and the corresponding load Faaf correspond to “reference charging energy” and “reference load signal” described in the claims.

S230では、荷重ΔFasおよび荷重ΔFaaにおける絶対値のそれぞれが、所定の判定値である荷重Fcsおよび荷重Fcaを超えているか否かが判定される。この処理にて、両条件を満たしていれば、処理はS240に進み、満たしていなければ、荷重センサ部23の劣化は進行していないと推定され、この制御フローは終了する。   In S230, it is determined whether or not the absolute values of the load ΔFas and the load ΔFaa exceed the loads Fcs and Fca, which are predetermined determination values. In this process, if both conditions are satisfied, the process proceeds to S240, and if not satisfied, it is estimated that the deterioration of the load sensor unit 23 has not progressed, and this control flow ends.

なお、本実施形態では、上記二つの条件の両方が満たされていれば、処理をS240に進めているが、これに限らない。いずれか一方の条件を満たしていても、処理をS240に進めても良い。   In the present embodiment, if both of the above two conditions are satisfied, the process proceeds to S240. However, the present invention is not limited to this. Even if either one of the conditions is satisfied, the process may proceed to S240.

S240では、図6に図示されている荷重センサ部23の温度特性と、S110の処理にて取得された外気温Tatとに基づいて温度補正係数が算出される。なお、この処理が、特許請求の範囲に記載の「補正係数算出手段」に相当する。   In S240, a temperature correction coefficient is calculated based on the temperature characteristics of the load sensor unit 23 shown in FIG. 6 and the outside air temperature Tat acquired in the process of S110. This process corresponds to “correction coefficient calculation means” described in the claims.

S250では、予めメモリ手段5aに記憶されている充電エネルギEasf、Eaaf、荷重Fasf、荷重Faaf、上記S110からS240までの処理にて取得された荷重Fasav、荷重Faaav、始動時充電エネルギEasav、アイドル時充電エネルギEaaav、温度補正係数に基づき、荷重センサ部23の校正が実施される(図5を参照)。ここでの処理が、特許請求の範囲に記載の「校正手段」に相当する。これにより、荷重センサ部23における校正が完了され、この制御フローが終了する。そして、校正された荷重センサ部23から出力される荷重Fを利用して、圧電駆動部24の制御を行う。   In S250, the charging energy Easf, Eaf, the load Fasf, the load Faaf, the load Fasav, the load Faaav, the charging energy Easav at the start, the idling time acquired in the processing from S110 to S240 are stored in the memory means 5a in advance. The load sensor unit 23 is calibrated based on the charging energy Eaaav and the temperature correction coefficient (see FIG. 5). This processing corresponds to “calibration means” described in the claims. Thereby, the calibration in the load sensor unit 23 is completed, and this control flow ends. Then, the piezoelectric drive unit 24 is controlled using the load F output from the calibrated load sensor unit 23.

本実施形態では、ECU4は、荷重センサ部23の温度が比較的安定している冷間始動であることが判定されたとき、充電エネルギEおよび荷重Fが他の運転状態に比べ安定している始動運転状態およびアイドル運転状態における充電エネルギEasav、Eaaav、荷重Fasav、Faaav、基準となる充電エネルギEasf、Eaaf、基準となる荷重Fasf、Faaf、および温度補正係数に基づき、荷重センサ部23の校正を行っている。   In the present embodiment, when it is determined that the ECU 4 is a cold start in which the temperature of the load sensor unit 23 is relatively stable, the charging energy E and the load F are more stable than in other operating states. The load sensor unit 23 is calibrated based on the charging energy Easav, Eaaav, the load Fasav, Faav, the reference charging energy Easf, Eaaf, the reference load Fasf, Faaf, and the temperature correction coefficient in the starting operation state and the idle operation state. Is going.

本実施形態では、こういった条件のもとで荷重センサ部23の校正を実施させているため、校正の精度向上を阻害する、荷重センサ部23への外乱を極力排除することができる。これにより、荷重センサ部23の校正の精度を向上させることができる。その結果、圧電駆動部24の制御性を長期間に亘り維持することができ、ひいては、燃料噴射弁2の燃料噴射特性の精度を長期間に亘り維持することができる。   In the present embodiment, since the calibration of the load sensor unit 23 is performed under such conditions, it is possible to eliminate as much as possible the disturbance to the load sensor unit 23 that hinders improvement in calibration accuracy. Thereby, the accuracy of calibration of the load sensor unit 23 can be improved. As a result, the controllability of the piezoelectric drive unit 24 can be maintained over a long period of time, and consequently the accuracy of the fuel injection characteristics of the fuel injection valve 2 can be maintained over a long period of time.

荷重センサ部23は、圧電体層を含んで構成されているので、同じ荷重を作用させた場合であっても温度に応じて出力される信号の量が異なるという温度特性を有している。本実施形態では、校正する条件として、荷重センサ部23の温度が比較的安定している時期を選択しているが、外気温Tatも時間帯、季節、または場所によって変化する。本実施形態では、図6に示す荷重センサ部23の温度特性より温度補正係数を算出し、算出した温度補正係数を加味して荷重センサ部23の校正を実施させている。これによれば、上述した外気温Tatの変化にも対応することができ、より校正の精度が向上する。   Since the load sensor unit 23 includes the piezoelectric layer, the load sensor unit 23 has a temperature characteristic that the amount of the output signal varies depending on the temperature even when the same load is applied. In the present embodiment, the time when the temperature of the load sensor unit 23 is relatively stable is selected as the calibration condition, but the outside air temperature Tat also changes depending on the time zone, season, or place. In the present embodiment, the temperature correction coefficient is calculated from the temperature characteristics of the load sensor unit 23 shown in FIG. 6, and the load sensor unit 23 is calibrated by taking the calculated temperature correction coefficient into consideration. According to this, it can respond also to the change of the outside temperature Tat mentioned above, and the precision of calibration improves more.

また、本実施形態では、時刻T0から充電エネルギEを圧電駆動部24に蓄積させ、そのときに荷重センサ部23より出力される荷重Fのうち、安定した荷重Faを利用して校正を実施しているため、他の変動の大きい荷重Fを利用して校正を実施する場合に比べ校正の精度が向上する。   In the present embodiment, the charging energy E is accumulated in the piezoelectric drive unit 24 from time T0, and the calibration is performed using the stable load Fa among the loads F output from the load sensor unit 23 at that time. Therefore, the calibration accuracy is improved as compared with the case where the calibration is performed using the load F having a large variation.

安定した荷重Faを利用するのが最も好ましいが、一回の燃焼サイクルあたりの噴射回数を多くした場合、メイン噴射時の安定荷重Faを含む領域が短くなるため、安定荷重Faが得られ難くなる。こういった場合は、安定荷重Faに代えて、制御弁18の弁体19が高圧側シート面55に着座した後の最大荷重Fpを利用して校正を実施させても良い。   It is most preferable to use a stable load Fa. However, when the number of injections per one combustion cycle is increased, the region including the stable load Fa at the time of main injection is shortened, so that it is difficult to obtain the stable load Fa. . In such a case, instead of the stable load Fa, calibration may be performed using the maximum load Fp after the valve body 19 of the control valve 18 is seated on the high-pressure side seat surface 55.

本実施形態では、始動運転状態時に取得した充電エネルギEasf、荷重Fasf、およびアイドル運転状態時に取得した充電エネルギEaaf、荷重Faafを利用して校正を実施しているため、校正を実施する際のデータ数を多くすることができる。その結果、荷重センサ部23の校正の精度が向上する。   In this embodiment, the calibration is performed using the charging energy Easf and the load Fasf acquired in the start operation state, and the charging energy Eaaf and the load Faaf acquired in the idle operation state, and therefore data when performing the calibration. You can increase the number. As a result, the accuracy of calibration of the load sensor unit 23 is improved.

本実施形態では、始動運転状態時に圧電駆動部24に蓄積させる充電エネルギEasおよびアイドル運転状態時に蓄積させる充電エネルギEaaを予め定められたエネルギ量としている。これによれば、蓄積させる充電エネルギの変動を小さくし安定させることができる。このため、安定した荷重Fas、Faaを取得することができる。   In the present embodiment, the charging energy Eas stored in the piezoelectric drive unit 24 in the starting operation state and the charging energy Eaa stored in the idle operation state are set as predetermined energy amounts. According to this, the fluctuation | variation of the charging energy to accumulate can be made small and can be stabilized. For this reason, stable loads Fas and Faa can be acquired.

(第2実施形態)
本発明の第2実施形態は、第1実施形態の変形例である。第2実施形態では、内燃機関の始動運転時に圧電駆動部24に蓄積させる充電エネルギの量を、アイドル運転状態時に蓄積させる充電エネルギと同じ量としている。
(Second Embodiment)
The second embodiment of the present invention is a modification of the first embodiment. In the second embodiment, the amount of charging energy stored in the piezoelectric drive unit 24 during the start-up operation of the internal combustion engine is the same as the charging energy stored in the idling operation state.

図7は、第2実施形態での内燃機関の始動開始から停止までの制御フローである。この制御フローは、ECU4が、イグニッションスイッチ(図示しない)がオンとなったことを検出して開始される。   FIG. 7 is a control flow from the start to the stop of the internal combustion engine in the second embodiment. This control flow is started when the ECU 4 detects that an ignition switch (not shown) is turned on.

図7に示すように、S310では、スタータ(セルモータ)の駆動回路(図示せず)に駆動信号が出力され、スタータが作動する。これにより、内燃機関のクランク軸が回転する。   As shown in FIG. 7, in S310, a drive signal is output to a drive circuit (not shown) of a starter (cell motor), and the starter is activated. As a result, the crankshaft of the internal combustion engine rotates.

そして、S320では、スタータが作動していることが検出されることにより、運転状態が始動運転状態であると判断され、駆動回路3にアイドル時充電制御信号およびアイドル時放電制御信号を含むアイドル時制御信号が出力される。駆動回路3はこの制御信号を受信すると、所定の燃料噴射弁2の圧電駆動部24に対して、アイドル時充電エネルギを蓄積させる。本実施形態では、アイドル時充電エネルギの量は予め定められている。   Then, in S320, it is determined that the starter is operating, so that the operation state is determined to be a start operation state, and the drive circuit 3 includes an idle charge control signal and an idle discharge control signal. A control signal is output. When the drive circuit 3 receives this control signal, it accumulates idling charging energy in the piezoelectric drive unit 24 of the predetermined fuel injection valve 2. In the present embodiment, the amount of charging energy during idling is determined in advance.

S330では、スタータが停止したか否かが判定される。この処理を通じて、内燃機関が、始動運転状態を脱し、燃焼室にて燃料が燃焼する自立運転に移行したことを判定できる。本実施形態では、スタータはクランク軸の回転変動やトルク変動などに基づき自立運転に移行すると停止するようになっている。本実施形態では、スタータの作動状態を検出することにより内燃機関が自立運転に移行したか否かを判定させているが、クランク軸の回転変動やトルク変動を検出することにより自立運転に移行したか否かを判定させても良い。   In S330, it is determined whether the starter has stopped. Through this process, it can be determined that the internal combustion engine has escaped from the starting operation state and has shifted to a self-sustained operation in which fuel burns in the combustion chamber. In the present embodiment, the starter stops when it shifts to a self-sustained operation based on crankshaft rotation fluctuation, torque fluctuation, and the like. In this embodiment, it is determined whether or not the internal combustion engine has shifted to a self-sustained operation by detecting the operation state of the starter, but has shifted to a self-sustained operation by detecting a crankshaft rotation fluctuation or torque fluctuation. It may be determined whether or not.

S330にて、スタータが依然として作動していると判定された場合は、処理はS320に戻り、再び駆動回路3に対して始動時制御信号が出力される。S330にて、スタータが停止したと判定された場合は、処理はS40に進む。   If it is determined in S330 that the starter is still operating, the process returns to S320, and the start time control signal is output to the drive circuit 3 again. If it is determined in S330 that the starter has stopped, the process proceeds to S40.

S340では、運転状態がアイドル運転状態に移行したとして、駆動回路3に始動運転状態時に出力したアイドル時制御信号が出力される。駆動回路3はこの制御信号を受信すると、所定の燃料噴射弁2の圧電駆動部24に、アイドル時充電エネルギを蓄積させる。   In S340, assuming that the operation state has shifted to the idle operation state, the idle control signal output in the start operation state is output to the drive circuit 3. When the drive circuit 3 receives this control signal, it accumulates idling charging energy in the piezoelectric drive unit 24 of the predetermined fuel injection valve 2.

S350では、ECU4に入力されるアクセルペダル踏み込み量の情報から、アクセルペダルが踏まれたか否かが判定される。この処理が実行されることにより、アイドル運転状態から脱し、アクセルペダル踏み込み量に応じた通常運転状態に移行したか否かを判定できる。本実施形態では、アクセルペダル踏み込み量に基づきアイドル運手状態か否かを判定させているが、内燃機関回転数に基づき判定させても良い。また、スロットルバルブ装置が装着されている車種であればスロットルバルブ装置が備えているアイドルスイッチからの信号を受信することで判定させても良い。   In S350, it is determined whether or not the accelerator pedal is depressed from the information on the accelerator pedal depression amount input to the ECU 4. By executing this process, it is possible to determine whether or not the vehicle has escaped from the idle operation state and has shifted to the normal operation state according to the accelerator pedal depression amount. In the present embodiment, it is determined whether or not the engine is in the idle maneuvering state based on the accelerator pedal depression amount, but may be determined based on the internal combustion engine speed. Further, if the vehicle model is equipped with a throttle valve device, the determination may be made by receiving a signal from an idle switch provided in the throttle valve device.

S350にて、アクセルペダルが踏まれていないと判定された場合は、処理はS340に戻り、再び、駆動回路3にアイドル時制御信号が出力される。S350にて、アクセルペダルが踏まれたと判定された場合は、処理はS360に進む。   If it is determined in S350 that the accelerator pedal is not depressed, the process returns to S340, and the idle control signal is output to the drive circuit 3 again. If it is determined in S350 that the accelerator pedal has been depressed, the process proceeds to S360.

S360では、アクセルペダルの踏み込み量などに応じた内燃機関の制御を行うべく、駆動回路3に通常時充電制御信号および通常時放電制御信号を含む通常時制御信号が出力される。   In S360, a normal control signal including a normal charge control signal and a normal discharge control signal is output to the drive circuit 3 in order to control the internal combustion engine in accordance with the amount of depression of the accelerator pedal.

S370では、イグニッションスイッチがオフとなっているか否かが判定される。この処理が実行されることにより、内燃機関が停止されたか否かを判定させることができる。S370にて、イグニッションスイッチがオフとなっていると判定されれば、この制御フローは終了する。イグニッションスイッチがオンとなっていると判定されれば、処理はS60に戻り、引き続き駆動回路3に対して通常時制御信号が出力される。   In S370, it is determined whether or not the ignition switch is off. By executing this process, it can be determined whether or not the internal combustion engine has been stopped. If it is determined in S370 that the ignition switch is off, the control flow ends. If it is determined that the ignition switch is on, the process returns to S60, and the normal time control signal is continuously output to the drive circuit 3.

次に、本実施形態における荷重センサ部23の校正について、図8、図9および図6を用いて説明する。図8は、荷重センサ部23の校正を行う際の制御フローである。図9は、工場出荷時および劣化後(校正前)におけるそれぞれの圧電駆動部24に供給する充電エネルギと、そのときの荷重との関係を示すグラフである。   Next, calibration of the load sensor unit 23 in the present embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 8 is a control flow when the load sensor unit 23 is calibrated. FIG. 9 is a graph showing the relationship between the charging energy supplied to each piezoelectric drive unit 24 at the time of factory shipment and after deterioration (before calibration) and the load at that time.

この制御フローは、ECU4が、イグニッションスイッチがオンとなったことを検出して開始される。   This control flow is started when the ECU 4 detects that the ignition switch is turned on.

図8に示すように、S410では、外気温度センサ60(図1を参照)からの出力信号に基づき外気温Tatが取得される。続いて、S420では、内燃機関の冷却水温度を検出する冷却水温度センサ61(図1を参照)からの出力信号に基づき水温Tw、および内燃機関潤滑油温度を検出する潤滑油温度センサ62(図1を参照)からの出力信号に基づき油温Toが取得される。さらに、S430では、取得された水温Twおよび油温Toが、外気温Tatとほぼ同じであるか否かが判定される。水温Twおよび油温Toが外気温Tatとほぼ同じであると判定されれば、処理はS440に進み、そうでなければ、荷重センサ部23が内燃機関の熱を受け、適正な校正を行うことができないと判断され、この制御フローは終了する。本実施形態では、S420における処理が特許請求の範囲に記載の「機関温度取得手段」に相当する。   As shown in FIG. 8, in S410, the outside air temperature Tat is acquired based on the output signal from the outside air temperature sensor 60 (see FIG. 1). Subsequently, in S420, based on the output signal from the cooling water temperature sensor 61 (see FIG. 1) for detecting the cooling water temperature of the internal combustion engine, the lubricating oil temperature sensor 62 (for detecting the lubricating oil temperature of the internal combustion engine). The oil temperature To is acquired based on the output signal from (see FIG. 1). Furthermore, in S430, it is determined whether or not the acquired water temperature Tw and oil temperature To are substantially the same as the outside air temperature Tat. If it is determined that the water temperature Tw and the oil temperature To are substantially the same as the outside air temperature Tat, the process proceeds to S440. Otherwise, the load sensor unit 23 receives the heat of the internal combustion engine and performs an appropriate calibration. This control flow ends. In the present embodiment, the processing in S420 corresponds to “engine temperature acquisition means” recited in the claims.

S430の処理が実行されることにより、内燃機関の冷間始動を判定させることができる。本実施形態では、S430における処理が特許請求の範囲に記載の「冷間始動判定手段」に相当する。本実施形態では、水温Twおよび油温Toの両方の温度と、外気温Tatとを比較して内燃機関が冷間始動であるか否かが判定されているが、水温Twのみ、油温Toのみから冷間始動を判定させても良い。また、本実施形態では、冷間始動を、取得された水温Twおよび油温Toが外気温Tatとほぼ同じであるか否かで判定している。これは、冷却水温度センサ61、潤滑油温度センサ62、および外気温度センサ60の検出誤差を加味した結果であり、これらの検出誤差に応じて、水温Twまたは油温Toが外気温Tatであるとみなせる範囲を適宜定めれば良い。   By executing the process of S430, it is possible to determine the cold start of the internal combustion engine. In the present embodiment, the processing in S430 corresponds to “cold start determination means” recited in the claims. In the present embodiment, it is determined whether the internal combustion engine is cold-started by comparing both the water temperature Tw and the oil temperature To with the outside air temperature Tat, but only the water temperature Tw and the oil temperature To The cold start may be determined only from the above. In the present embodiment, the cold start is determined based on whether or not the acquired water temperature Tw and oil temperature To are substantially the same as the outside air temperature Tat. This is a result of adding detection errors of the cooling water temperature sensor 61, the lubricating oil temperature sensor 62, and the outside air temperature sensor 60, and the water temperature Tw or the oil temperature To is the outside air temperature Tat depending on these detection errors. What is necessary is just to determine the range which can be considered as appropriate.

S440では、駆動回路3へアイドル時充電制御信号が出力されたか否かが判定される。駆動回路3へアイドル時充電制御信号が出力されたと判定された場合は、処理はS450に進み、アイドル時充電制御信号が出力されていないと判定された場合は、アイドル時充電制御信号が出力されるまでS440の処理が繰り返し実行される。   In S440, it is determined whether or not an idling charge control signal is output to the drive circuit 3. If it is determined that the idling charge control signal is output to the drive circuit 3, the process proceeds to S450. If it is determined that the idling charge control signal is not output, the idling charge control signal is output. The process of S440 is repeatedly executed until

S450では、一回の燃焼サイクル中に行われる複数回噴射のうちのメイン噴射の荷重Fasと、その時のアイドル時充電エネルギEaaとが取得される。なお、荷重Faaは、図2に示す荷重Faに相当する荷重Fであり、アイドル時充電エネルギEaaを圧電駆動部24に蓄積させたときの荷重Fである。S450にて取得された荷重Faaおよびアイドル時充電エネルギEaaは、ECU4が備えているメモリ手段5aに一時的に記憶される。本実施形態では、S450における処理が特許請求の範囲に記載の「取得手段」に相当する。   In S450, the load Fas of the main injection out of a plurality of injections performed during one combustion cycle, and the idling charging energy Eaa at that time are acquired. The load Faa is a load F corresponding to the load Fa shown in FIG. 2, and is a load F when the charging energy Eaa during idling is accumulated in the piezoelectric driving unit 24. The load Faa and idling charge energy Eaa acquired in S450 are temporarily stored in the memory means 5a provided in the ECU 4. In the present embodiment, the processing in S450 corresponds to “acquiring means” recited in the claims.

S460では、取得された荷重Faaの個数が必要データ数を満たしたか否かが判定される。本実施形態では、必要データ数はn=10程度としている。取得するデータの数は多ければ多いほど、校正の精度を高めることができる。しかしながら、荷重Faaを取得する間にも内燃機関は作動し続けているため、荷重センサ部23の温度は、内燃機関が発する熱や駆動することにより圧電駆動部24が発する熱を受け、上昇してしまう。これでは、取得する荷重Faaに荷重センサ部23の温度上昇に基づく外乱が入ってしまい、却って校正の精度が低下する。必要データ数は以上のことを考慮に入れて定められている。   In S460, it is determined whether or not the number of acquired loads Faa satisfies the required number of data. In the present embodiment, the number of necessary data is about n = 10. The more data that is acquired, the higher the accuracy of calibration. However, since the internal combustion engine continues to operate even during the acquisition of the load Faa, the temperature of the load sensor unit 23 rises due to the heat generated by the internal combustion engine and the heat generated by the piezoelectric drive unit 24 when driven. End up. In this case, a disturbance based on the temperature rise of the load sensor unit 23 is included in the acquired load Faa, and the accuracy of calibration is reduced on the contrary. The number of necessary data is determined taking the above into consideration.

S460の処理にて、取得された荷重Faaの個数が必要データ数を満たしていれば、処理はS470に進み、満たしていなければ再びS450に処理は戻る。   In the process of S460, if the number of acquired loads Faa satisfies the required number of data, the process proceeds to S470, and if not, the process returns to S450 again.

S470では、S450にて取得された荷重Faaおよびアイドル時充電エネルギEaaのそれぞれの平均値である荷重Faaavおよびアイドル時充電エネルギEaaavが算出される。そして、算出された荷重Faaavおよびアイドル時充電エネルギEaaavがメモリ手段5aに一時的に記憶される。   In S470, the load Faaav and the idle charge energy Eaaav, which are the average values of the load Faa and the idle charge energy Eaa acquired in S450, are calculated. Then, the calculated load Faaav and idling charging energy Eaaav are temporarily stored in the memory means 5a.

S480では、上記アイドル時充電エネルギEaaavに相当する基準となる充電エネルギEaafに対応する荷重Faafと上記荷重Faaavとの差分である荷重ΔFaaが算出される(図9を参照)。   In S480, a load ΔFaa, which is a difference between the load Faaf corresponding to the reference charge energy Eaaaf corresponding to the idle charge energy Eaaav and the load Faaaav, is calculated (see FIG. 9).

ここで、上記基準となる充電エネルギEaafとそれに対応する荷重Faafは、予めメモリ手段5aに記憶されている基準温度25℃における圧電駆動部24に蓄積される基準となる充電エネルギEと、その充電エネルギEを圧電駆動部24に蓄積させたときに荷重センサ部23より出力される荷重Fとの関係(図9中の破線参照)から導き出されるものである。なお、これら充電エネルギEaafとそれに対応する荷重Faafは、特許請求の範囲に記載の「基準充電エネルギ」および「基準荷重信号」に相当する。   Here, the reference charging energy Eaaaf and the corresponding load Faaf are the reference charging energy E stored in the piezoelectric drive unit 24 at the reference temperature 25 ° C. stored in the memory means 5a in advance and the charging energy Eaf. This is derived from the relationship with the load F output from the load sensor unit 23 when the energy E is accumulated in the piezoelectric drive unit 24 (see the broken line in FIG. 9). The charging energy Eaaf and the corresponding load Faaf correspond to “reference charging energy” and “reference load signal” described in the claims.

S490では、荷重ΔFaaにおける絶対値が、所定の判定値である荷重Fcaを超えているか否かが判定される。この処理にて、条件を満たしていれば、処理はS500に進み、満たしていなければ、荷重センサ部23の劣化は進行していないと推定され、この制御フローは終了する。   In S490, it is determined whether or not the absolute value of the load ΔFaa exceeds a load Fca that is a predetermined determination value. In this process, if the condition is satisfied, the process proceeds to S500, and if not satisfied, it is estimated that the deterioration of the load sensor unit 23 has not progressed, and the control flow ends.

S500では、図5に図示されている荷重センサ部23の温度特性と、S410の処理にて取得された外気温Tatとに基づいて温度補正係数が算出される。なお、この処理が、特許請求の範囲に記載の「補正係数算出手段」に相当する。   In S500, a temperature correction coefficient is calculated based on the temperature characteristics of the load sensor unit 23 shown in FIG. 5 and the outside air temperature Tat acquired in the process of S410. This process corresponds to “correction coefficient calculation means” described in the claims.

S510では、予めメモリ手段5aに記憶されている充電エネルギEaaf、荷重Faaf、上記S410からS500までの処理にて取得された荷重Faaav、アイドル時充電エネルギEaaav、温度補正係数に基づき、荷重センサ部23の校正が実施される(図9を参照)。ここでの処理が、特許請求の範囲に記載の「校正手段」に相当する。これにより、荷重センサ部23における校正が完了され、この制御フローが終了する。そして、校正された荷重センサ部23から出力される荷重Fを利用して、圧電駆動部24の制御を行う。   In S510, based on the charging energy Eaaaf, the load Faaf, the load Faaaav acquired in the processing from S410 to S500, the idling charging energy Eaaav, and the temperature correction coefficient, which are stored in the memory unit 5a in advance, the load sensor unit 23 is used. Is performed (see FIG. 9). This processing corresponds to “calibration means” described in the claims. Thereby, the calibration in the load sensor unit 23 is completed, and this control flow ends. Then, the piezoelectric drive unit 24 is controlled using the load F output from the calibrated load sensor unit 23.

本実施形態では、ECU4は、荷重センサ部23の温度が比較的安定している冷間始動であることが判定されたとき、充電エネルギEおよび荷重Fが他の運転状態に比べ安定している始動運転状態およびアイドル運転状態における充電エネルギEaaav、荷重Faaav、基準となる充電エネルギEaaf、基準となる荷重Faaf、および温度補正係数に基づき、荷重センサ部23の校正を行っている。   In the present embodiment, when it is determined that the ECU 4 is a cold start in which the temperature of the load sensor unit 23 is relatively stable, the charging energy E and the load F are more stable than in other operating states. The load sensor unit 23 is calibrated based on the charging energy Eaaav, the load Faaaav, the reference charging energy Eaaaf, the reference load Faaf, and the temperature correction coefficient in the start operation state and the idle operation state.

本実施形態では、こういった条件のもとで荷重センサ部23の校正を実施させているため、校正の精度向上を阻害する、荷重センサ部23への外乱を極力排除することができる。これにより、荷重センサ部23の校正の精度を向上させることができる。その結果、圧電駆動部24の制御性を長期間に亘り維持することができ、ひいては、燃料噴射弁2の燃料噴射特性の精度を長期間に亘り維持することができる。   In the present embodiment, since the calibration of the load sensor unit 23 is performed under such conditions, it is possible to eliminate as much as possible the disturbance to the load sensor unit 23 that hinders improvement in calibration accuracy. Thereby, the accuracy of calibration of the load sensor unit 23 can be improved. As a result, the controllability of the piezoelectric drive unit 24 can be maintained over a long period of time, and consequently the accuracy of the fuel injection characteristics of the fuel injection valve 2 can be maintained over a long period of time.

ここで、アイドル運転状態での排出ガス規制は高負荷運転状態に比べ厳しいという事実がある。そして、アイドル運転状態では、燃料噴射弁2から噴射される燃料噴射量は非常に少なく、この運転状態での要求噴射量に対する噴射量のばらつきの割合は、高負荷運転状態に比べ高い。このため、この運転状態での燃料噴射特性の精度を向上させる必要がある。これに対し、本実施形態では、アイドル時充電エネルギEaaavと荷重Faaavとに基づいて荷重センサ部23の校正を行っているので、少なくともアイドル運転状態での荷重センサ部23の校正の精度を高めることができる。   Here, there is a fact that the exhaust gas regulation in the idle operation state is stricter than in the high load operation state. In the idle operation state, the fuel injection amount injected from the fuel injection valve 2 is very small, and the ratio of the variation in the injection amount to the required injection amount in this operation state is higher than in the high load operation state. For this reason, it is necessary to improve the accuracy of the fuel injection characteristics in this operating state. In contrast, in the present embodiment, the load sensor unit 23 is calibrated based on the idling charge energy Eaaav and the load Faaav. Therefore, at least the accuracy of the calibration of the load sensor unit 23 in the idle operation state is improved. Can do.

なお、本実施形態では、圧電駆動部24に蓄積させる充電エネルギの量を始動運転状態およびアイドル運転状態にかかわらずアイドル時充電エネルギの量としている。したがって、図8に示す制御フローを、スタータが作動している最中に行わせるようにしても良いし、スタータの作動が停止してから行わせるようにしても良い。   In the present embodiment, the amount of charging energy stored in the piezoelectric drive unit 24 is set to the amount of charging energy during idling regardless of the start operation state and the idle operation state. Therefore, the control flow shown in FIG. 8 may be performed while the starter is operating, or may be performed after the starter is stopped.

(第3実施形態)
本発明の第3実施形態は、第1実施形態における燃料噴射弁2の変形例である。第3実施形態では、ニードル212の閉弁駆動および開弁駆動を制御する機構が第1実施形態における燃料噴射弁2と異なっている。
(Third embodiment)
The third embodiment of the present invention is a modification of the fuel injection valve 2 in the first embodiment. In the third embodiment, the mechanism for controlling the valve closing drive and the valve opening drive of the needle 212 is different from that of the fuel injection valve 2 in the first embodiment.

図10は、第3実施形態における燃料噴射弁200の断面を示している。   FIG. 10 shows a cross section of the fuel injection valve 200 in the third embodiment.

燃料噴射弁200は、ノズル211、シリンダ217、固定ピストン220、アクチュエータ部230などから構成され、これらの部品は、棒状に形成されているボデー240に収容されている。   The fuel injection valve 200 includes a nozzle 211, a cylinder 217, a fixed piston 220, an actuator portion 230, and the like, and these components are accommodated in a body 240 formed in a rod shape.

ボデー240は、蓄圧器からの高圧燃料が導入される燃料入口部241を備えている。ボデー240の軸方向一端側には、収容部242が形成されている。収容部242には、燃料の噴射、非噴射を制御するノズル211が収容されている。   The body 240 includes a fuel inlet 241 into which high-pressure fuel from the pressure accumulator is introduced. A housing portion 242 is formed on one end side of the body 240 in the axial direction. The accommodating portion 242 accommodates a nozzle 211 that controls fuel injection and non-injection.

ノズル211は、ニードル212、ノズルスプリング216を有している。ニードル212は、収容部242内に摺動自在に保持されている。収容部242の軸方向一端側には、高圧燃料通路245を介して燃料入口部241と連通する噴孔243が形成されている。   The nozzle 211 has a needle 212 and a nozzle spring 216. The needle 212 is slidably held in the housing portion 242. An injection hole 243 that communicates with the fuel inlet 241 via the high-pressure fuel passage 245 is formed at one axial end side of the housing 242.

この噴孔243の燃料入口部241側には、ニードル212に形成されているシート部213が着座する弁座244が形成されている。弁座244にシート部213が着座することにより、噴孔243への燃料の流れが閉ざされ、噴孔243からの燃料の噴射が停止する。弁座244からシート部213が離座することにより、噴孔243への燃料の流れが許容され、噴孔243から燃料が噴射する。   A valve seat 244 on which the seat portion 213 formed on the needle 212 is seated is formed on the fuel inlet portion 241 side of the nozzle hole 243. When the seat portion 213 is seated on the valve seat 244, the flow of fuel to the injection hole 243 is closed, and fuel injection from the injection hole 243 is stopped. When the seat portion 213 is separated from the valve seat 244, the fuel flow to the injection hole 243 is allowed, and the fuel is injected from the injection hole 243.

ニードル212のシート部213とは反対側の端部にはピストン部214が形成されている。このピストン部214は、シリンダ217に摺動自在に挿入されている。ニードル212のシート部213とピストン部214との間にはフランジ部215が形成され、このフランジ部15とシリンダ217との間には、ノズルスプリング216が設けられている。このノズルスプリング216は、ニードル212を、シート部213が弁座244に着座する方向、つまり閉弁方向に付勢する。   A piston portion 214 is formed at the end of the needle 212 opposite to the seat portion 213. The piston part 214 is slidably inserted into the cylinder 217. A flange portion 215 is formed between the seat portion 213 and the piston portion 214 of the needle 212, and a nozzle spring 216 is provided between the flange portion 15 and the cylinder 217. The nozzle spring 216 urges the needle 212 in the direction in which the seat portion 213 is seated on the valve seat 244, that is, in the valve closing direction.

収容部242の軸方向他端側には、アクチュエータ部230が収容されている。アクチュエータ部230は、圧電アクチュエータ22と、圧電アクチュエータ22からの変位をシリンダ217に伝達するプッシュプレート231とを有する。圧電アクチュエータ22の圧電駆動部24が伸縮すると、プッシュプレート231を介してシリンダ217が駆動される。   The actuator portion 230 is accommodated on the other axial end side of the accommodation portion 242. The actuator unit 230 includes the piezoelectric actuator 22 and a push plate 231 that transmits the displacement from the piezoelectric actuator 22 to the cylinder 217. When the piezoelectric drive unit 24 of the piezoelectric actuator 22 expands and contracts, the cylinder 217 is driven via the push plate 231.

シリンダ217は、内周面に段付き部を備える段付き円筒状の部材であって、段付き部の一方側に第一シリンダ孔218が形成され、段付き部の他方側に、第一シリンダ孔218よりも大径の第二シリンダ孔219が形成されている。シリンダ217は、第一、第二シリンダ孔218、219がボデー240の軸方向に沿って並んで配置されるように収容部242に収容されている。第一シリンダ孔218は、第二シリンダ孔219よりも噴孔243側に配置されている。   The cylinder 217 is a stepped cylindrical member having a stepped portion on the inner peripheral surface, and a first cylinder hole 218 is formed on one side of the stepped portion, and a first cylinder is formed on the other side of the stepped portion. A second cylinder hole 219 having a diameter larger than that of the hole 218 is formed. The cylinder 217 is accommodated in the accommodating portion 242 such that the first and second cylinder holes 218 and 219 are arranged along the axial direction of the body 240. The first cylinder hole 218 is disposed closer to the injection hole 243 than the second cylinder hole 219.

第二シリンダ孔219には、固定ピストン220が摺動自在に挿入されている。固定ピストン220は、固定ピストン部221と固定ピストン部221よりも径方向外側に突出するフランジ部222を有する。第二シリンダ孔219には、固定ピストン部221のみが挿入されている。   A fixed piston 220 is slidably inserted into the second cylinder hole 219. The fixed piston 220 includes a fixed piston portion 221 and a flange portion 222 that protrudes radially outward from the fixed piston portion 221. Only the fixed piston portion 221 is inserted into the second cylinder hole 219.

固定ピストン部221とニードル212のピストン部214との間には、シリンダ217、固定ピストン部221、ピストン部214にて制御室246が形成される。この制御室246には、一旦収容部242に流入した高圧燃料が第一シリンダ孔218とピストン部214、および第二シリンダ孔219と固定ピストン部221とのクリアランスを介して流入するようになっている。   A control chamber 246 is formed by the cylinder 217, the fixed piston portion 221, and the piston portion 214 between the fixed piston portion 221 and the piston portion 214 of the needle 212. The high-pressure fuel that has once flowed into the accommodating portion 242 flows into the control chamber 246 via the clearance between the first cylinder hole 218 and the piston portion 214 and between the second cylinder hole 219 and the fixed piston portion 221. Yes.

図11は、固定ピストン220を噴孔243側から見たXI視図である。この図に示すように、固定ピストン220のフランジ部222は、周方向に沿って三個に分割されており、隣接するフランジ部222間に切欠き部223が形成されている。図10に示すように、フランジ部222が、収容部242の内壁に支持されているスペーサ234と、収容部242の内壁に支持されている固定スプリング235とに挟まれることにより、固定ピストン220がボデー240に対して固定される。   FIG. 11 is a XI view of the fixed piston 220 viewed from the nozzle hole 243 side. As shown in this figure, the flange portion 222 of the fixed piston 220 is divided into three pieces along the circumferential direction, and a notch 223 is formed between the adjacent flange portions 222. As shown in FIG. 10, the flange portion 222 is sandwiched between a spacer 234 supported on the inner wall of the housing portion 242 and a fixed spring 235 supported on the inner wall of the housing portion 242, whereby the fixed piston 220 is Fixed to the body 240.

図12(a)はプッシュプレート231の正面図であり、図12(b)はプッシュプレート231の下面図である。図12に示すように、プッシュプレート231は、円柱状の円板部232と、円板部232の一端面から軸方向に突出する三個の円柱状の脚部233とを備えている。   FIG. 12A is a front view of the push plate 231, and FIG. 12B is a bottom view of the push plate 231. As shown in FIG. 12, the push plate 231 includes a columnar disk portion 232 and three columnar leg portions 233 protruding in the axial direction from one end surface of the disk portion 232.

これら脚部233は、プッシュプレート231と固定ピストン220とを組み合わせたときに、脚部233が切欠き部223に挿入される位置に周方向に沿って設けられている(図11を参照)。図10に示すように、プッシュプレート231は、円板部232が圧電アクチュエータ22の圧電駆動部24に当接し、脚部233がシリンダ217に当接するように収容部242に収容される。   These leg portions 233 are provided along the circumferential direction at positions where the leg portions 233 are inserted into the notches 223 when the push plate 231 and the fixed piston 220 are combined (see FIG. 11). As shown in FIG. 10, the push plate 231 is accommodated in the accommodating portion 242 such that the disc portion 232 abuts on the piezoelectric drive portion 24 of the piezoelectric actuator 22 and the leg portion 233 abuts on the cylinder 217.

なお、本実施形態では、ノズル211、シリンダ217、固定ピストン220、およびスペーサ234が特許請求の範囲に記載の「噴射機能部品」に相当する。   In the present embodiment, the nozzle 211, the cylinder 217, the fixed piston 220, and the spacer 234 correspond to the “injection functional component” recited in the claims.

次に、上記燃料噴射弁200の作動を説明する。圧電アクチュエータ22の圧電駆動部24が伸長していないとき、シリンダ217はノズルスプリング216の付勢力により圧電アクチュエータ22側に移動している。このとき、制御室246には、第一シリンダ孔218とピストン部214とのクリアランス、および第二シリンダ孔219と固定ピストン部221とのクリアランスを介して、収容部242内の高圧燃料が流入し、制御室246と収容部242との燃料圧力が等しくなっている。   Next, the operation of the fuel injection valve 200 will be described. When the piezoelectric drive unit 24 of the piezoelectric actuator 22 is not extended, the cylinder 217 is moved to the piezoelectric actuator 22 side by the urging force of the nozzle spring 216. At this time, high-pressure fuel in the accommodating portion 242 flows into the control chamber 246 through the clearance between the first cylinder hole 218 and the piston portion 214 and the clearance between the second cylinder hole 219 and the fixed piston portion 221. The fuel pressures in the control chamber 246 and the accommodating portion 242 are equal.

この状態のとき、ニードル212は、制御室246内の燃料圧力がピストン部214に作用することによるニードル212に発生する閉弁方向の力と、ノズルスプリング216の付勢力によるニードル212に発生する閉弁方向の力の合計が、収容部242内の高圧燃料がニードル212に作用することによるニードル212に発生する開弁方向の力よりも大きい。このため、ニードル212のシート部213が弁座244に着座し、噴孔243からの燃料の噴射が停止する(図10の状態)。   In this state, the needle 212 is closed by a force in the valve closing direction generated by the needle 212 due to the fuel pressure in the control chamber 246 acting on the piston portion 214 and a force generated by the urging force of the nozzle spring 216. The sum of the forces in the valve direction is larger than the force in the valve opening direction generated in the needle 212 due to the high pressure fuel in the accommodating portion 242 acting on the needle 212. For this reason, the seat part 213 of the needle 212 is seated on the valve seat 244, and the fuel injection from the injection hole 243 stops (state of FIG. 10).

圧電駆動部24が伸長すると、圧電駆動部24の伸長にともなってシリンダ217が噴孔243側に移動する。第一シリンダ孔218は、第二シリンダ孔219よりも径が小さいため、シリンダ217が噴孔243側に移動すると制御室246内の容積が大きくなる。これにより、制御室246内の燃料圧力がシリンダ217の移動量にともなって低くなる。これにより、上記ニードル212に発生する閉弁方向の力の合計が、開弁方向の力よりも小さくなり、ニードル212が開弁方向に移動し、シート部213が弁座244から離座し、噴孔243からの燃料の噴射が行われる。   When the piezoelectric drive unit 24 extends, the cylinder 217 moves toward the nozzle hole 243 as the piezoelectric drive unit 24 extends. Since the diameter of the first cylinder hole 218 is smaller than that of the second cylinder hole 219, the volume in the control chamber 246 increases when the cylinder 217 moves to the injection hole 243 side. As a result, the fuel pressure in the control chamber 246 decreases as the cylinder 217 moves. Thereby, the total force in the valve closing direction generated in the needle 212 becomes smaller than the force in the valve opening direction, the needle 212 moves in the valve opening direction, and the seat portion 213 is separated from the valve seat 244, Fuel is injected from the injection hole 243.

その後、再び圧電駆動部24が収縮すると、シリンダ217はノズルスプリング216の付勢力により、圧電アクチュエータ22側に移動し、制御室246の容積が小さくなる。これにより、制御室246内の燃料圧力が上昇し、上記閉弁方向の力の合計が、開弁方向の力よりも大きくなる。これにより、シート部213が弁座244に着座し、噴孔243からの燃料の噴射が停止する。   Thereafter, when the piezoelectric drive unit 24 contracts again, the cylinder 217 moves to the piezoelectric actuator 22 side by the urging force of the nozzle spring 216, and the volume of the control chamber 246 is reduced. Thereby, the fuel pressure in the control chamber 246 increases, and the total force in the valve closing direction becomes larger than the force in the valve opening direction. Accordingly, the seat portion 213 is seated on the valve seat 244, and fuel injection from the injection hole 243 is stopped.

この実施形態においても、第1実施形態と同様、図4に示す制御フローに従い、始動運転状態時に応じた始動時充電エネルギEasを圧電駆動部24に蓄積させたときの荷重センサ部23にて検出される荷重Fas、アイドル運転状態時に応じたアイドル時充電エネルギEaaを圧電駆動部24に蓄積させたときの荷重センサ部23にて検出される荷重Faa、予め記憶されている基準となる始動時充電エネルギEasfと荷重Fasfおよび基準となるアイドル時充電エネルギEaafと荷重Faaf、ならびに温度補正係数に基づき、荷重センサ部23の校正を実施する。   Also in this embodiment, in accordance with the control flow shown in FIG. 4, similarly to the first embodiment, detection is performed by the load sensor unit 23 when the starting charging energy Eas corresponding to the starting operation state is accumulated in the piezoelectric driving unit 24. The load Fas detected, the load Faa detected by the load sensor 23 when charging energy Eaa during idling according to the idle operation state is accumulated in the piezoelectric drive unit 24, and charging at the time of starting which becomes a reference stored in advance The load sensor unit 23 is calibrated based on the energy Easf and the load Fasf, the reference charging energy Eaaf and the load Faaf during idling, and a temperature correction coefficient.

これにより、荷重センサ部23の校正の精度を向上させることができる。その結果、圧電駆動部24の制御性を長期間に亘り維持することができ、ひいては、燃料噴射弁200の燃料噴射特性の精度を長期間に亘り維持することができる。また、第2実施形態の図8に示す制御フローに従い、荷重センサ部23の校正を行っても良い。   Thereby, the accuracy of calibration of the load sensor unit 23 can be improved. As a result, the controllability of the piezoelectric drive unit 24 can be maintained over a long period of time, and consequently the accuracy of the fuel injection characteristics of the fuel injection valve 200 can be maintained over a long period of time. Moreover, you may calibrate the load sensor part 23 according to the control flow shown in FIG. 8 of 2nd Embodiment.

本発明の第1実施形態による燃料噴射制御装置を含む燃料供給装置の全体構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the whole structure of the fuel supply apparatus containing the fuel-injection control apparatus by 1st Embodiment of this invention. 圧電アクチュエータにおける圧電駆動部、および制御弁の弁体の作動状態を示すタイムチャートである。It is a time chart which shows the operating state of the piezoelectric drive part in a piezoelectric actuator, and the valve body of a control valve. 内燃機関の始動開始から停止までの制御フローである。It is a control flow from the start start of an internal combustion engine to a stop. 荷重センサ部の校正を行う際の制御フローである。It is a control flow at the time of calibrating a load sensor part. 圧電駆動部に蓄積させる充電エネルギと、そのときの荷重との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the charging energy accumulate | stored in a piezoelectric drive part, and the load at that time. 荷重センサ部の温度特性図である。It is a temperature characteristic figure of a load sensor part. 第2実施形態での内燃機関の始動開始から停止までの制御フローである。It is a control flow from the start start of the internal combustion engine in 2nd Embodiment to a stop. 荷重センサ部の校正を行う際の制御フローである。It is a control flow at the time of calibrating a load sensor part. 圧電駆動部に蓄積させる充電エネルギと、そのときの荷重との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the charging energy accumulate | stored in a piezoelectric drive part, and the load at that time. 第3実施形態による燃料噴射弁の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the fuel injection valve by 3rd Embodiment. 図10の固定ピストンのXI視図である。FIG. 11 is a XI view of the fixed piston of FIG. 10. (a)は図10のプッシュプレートの正面図、(b)はそのプッシュプレートの下面図である。(A) is a front view of the push plate of FIG. 10, (b) is a bottom view of the push plate.

符号の説明Explanation of symbols

1 燃料供給装置、2 燃料噴射弁(燃料噴射装置)、3 駆動回路、4 電子制御装置(ECU、燃料噴射制御装置)、5 MPU、5aメモリ手段(記憶手段)、8 リターン経路、9 背圧弁、10 燃料タンク、11 ノズル(噴射機能部品)、12 ニードル、18 制御弁(噴射機能部品)、19 弁体、21 アクチュエータ部、22 圧電アクチュエータ、23 荷重センサ部、24 圧電駆動部、30 変位伝達部(噴射機能部品)、31 アクチュエータシリンダ、32 第一ピストン、33 第二ピストン、34 液室、40 ボデー、41 燃料入口部、42 燃料出口部、43 収容部、44 噴孔、45 弁座、46 高圧燃料通路、47 高圧連絡通路、48 低圧燃料通路、49 低圧連絡通路、50 連絡通路、52 制御室、53 バルブ室、54 低圧側シート面、55 高圧側シート面、60 外気温度センサ、61 冷却水温度センサ、62 潤滑油温度センサ   1 fuel supply device, 2 fuel injection valve (fuel injection device), 3 drive circuit, 4 electronic control device (ECU, fuel injection control device), 5 MPU, 5a memory means (storage means), 8 return path, 9 back pressure valve DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Fuel tank, 11 Nozzle (injection functional component), 12 Needle, 18 Control valve (injection functional component), 19 Valve body, 21 Actuator part, 22 Piezoelectric actuator, 23 Load sensor part, 24 Piezoelectric drive part, 30 Displacement transmission Part (injection function part), 31 actuator cylinder, 32 first piston, 33 second piston, 34 liquid chamber, 40 body, 41 fuel inlet part, 42 fuel outlet part, 43 housing part, 44 injection hole, 45 valve seat, 46 High-pressure fuel passage, 47 High-pressure communication passage, 48 Low-pressure fuel passage, 49 Low-pressure communication passage, 50 Communication passage, 52 Control room, 3 the valve chamber, the low-pressure side seat surface 54, 55 high-pressure side seat surface, 60 outside air temperature sensor, 61 a cooling water temperature sensor, 62 lubricating oil temperature sensor

Claims (8)

内燃機関に搭載され、内部に導入される燃料を前記内燃機関の燃焼室に噴射する噴孔を有するボデーと、
前記ボデー内に収容され、前記噴孔からの燃料噴射を断続する弁部材を含む噴射機能部品と、
前記ボデー内に収容され、充電エネルギを蓄積することにより伸長し、蓄積された前記充電エネルギを放出することにより収縮する圧電体を含み、前記噴射機能部品の少なくとも一つを駆動することにより前記弁部材の駆動を制御する圧電駆動部と、
前記ボデー内に収容され、前記圧電駆動部に前記充電エネルギが蓄積されたときに、前記圧電駆動部に作用する荷重に応じた荷重信号を出力する圧電体を含む荷重センサ部と、を有する燃料噴射装置に備えられ、前記荷重センサ部からの前記荷重信号に基づいて前記圧電駆動部を制御する燃料噴射制御装置であって、
前記内燃機関の冷間始動を判定する冷間始動判定手段と、
前記内燃機関の始動開始から自立運転するまでの始動運転状態、または無負荷運転状態の少なくともいずれかの運転状態時に前記圧電駆動部に蓄積される前記充電エネルギ、および、その充電エネルギを前記圧電駆動部に蓄積させたときに前記荷重センサ部より出力される荷重信号を取得する取得手段と、
基準充電エネルギと、その基準充電エネルギを前記圧電駆動部に蓄積させたときに前記荷重センサ部より出力される基準荷重信号とを記憶させた記憶手段と、
前記冷間始動判定手段が、前記内燃機関が冷間始動であると判定したとき、前記取得手段が取得した前記充電エネルギおよび前記荷重信号、ならびに前記基準充電エネルギおよび前記基準荷重信号に基づいて、前記荷重センサ部を校正する校正手段と、を備えていることを特徴とする燃料噴射制御装置。
A body mounted on the internal combustion engine and having injection holes for injecting fuel introduced into the combustion chamber of the internal combustion engine;
An injection function part including a valve member housed in the body and intermittently injecting fuel from the injection hole;
A piezoelectric body housed in the body, extending by storing charging energy and contracting by discharging the stored charging energy, and driving the valve by driving at least one of the jetting functional components A piezoelectric drive unit for controlling the drive of the member;
A fuel that is housed in the body and includes a piezoelectric body that outputs a load signal corresponding to a load acting on the piezoelectric driving unit when the charging energy is stored in the piezoelectric driving unit. A fuel injection control device that is provided in an injection device and controls the piezoelectric drive unit based on the load signal from the load sensor unit,
Cold start determination means for determining cold start of the internal combustion engine;
The charge energy stored in the piezoelectric drive unit during at least one of a start operation state from the start of the internal combustion engine to a self-sustaining operation or a no-load operation state, and the charge energy stored in the piezoelectric drive Acquiring means for acquiring a load signal output from the load sensor unit when accumulated in the unit;
Storage means for storing reference charging energy and a reference load signal output from the load sensor unit when the reference charging energy is accumulated in the piezoelectric driving unit;
When the cold start determination means determines that the internal combustion engine is cold start, based on the charge energy and the load signal acquired by the acquisition means, and the reference charge energy and the reference load signal, A fuel injection control device comprising calibration means for calibrating the load sensor unit.
前記荷重センサ部の温度に基づいて温度補正係数を算出する補正係数算出手段を有しており、
前記校正手段は、前記補正係数算出手段にて算出された前記温度補正係数を加味して、前記荷重センサ部を校正することを特徴とする請求項1に記載の燃料噴射制御装置。
Correction coefficient calculation means for calculating a temperature correction coefficient based on the temperature of the load sensor unit,
2. The fuel injection control apparatus according to claim 1, wherein the calibration unit calibrates the load sensor unit in consideration of the temperature correction coefficient calculated by the correction coefficient calculation unit.
前記始動運転状態、および前記無負荷運転状態時に前記圧電駆動部に蓄積される前記充電エネルギは、それぞれの運転状態に対応する予め定められたエネルギ量であることを特徴とする請求項1または2に記載の燃料噴射制御装置。   The charge energy accumulated in the piezoelectric drive unit in the start operation state and the no-load operation state is a predetermined energy amount corresponding to each operation state. A fuel injection control device according to claim 1. 前記取得手段は、前記始動運転状態に対応する予め定められた始動時充電エネルギ並びに前記無負荷運転状態に対応する予め定められた無負荷時充電エネルギと、前記圧電駆動部に前記始動時充電エネルギ並びに前記無負荷時充電エネルギが蓄積されたときに前記荷重センサ部より出力されるそれぞれの前記荷重信号を取得し、
前記校正手段は、前記取得手段が取得した、前記始動時充電エネルギ並びに前記無負荷時充電エネルギ、およびそれぞれの前記荷重信号に基づいて、前記荷重センサ部を校正することを特徴とする請求項3に記載の燃料噴射制御装置。
The acquisition means includes a predetermined starting charging energy corresponding to the starting operating state, a predetermined no-load charging energy corresponding to the no-load operating state, and the starting charging energy to the piezoelectric driving unit. And obtaining each load signal output from the load sensor unit when the no-load charging energy is accumulated,
The said calibration means calibrates the said load sensor part based on the said charging energy at the time of starting and the said charging energy at the time of no load, and each said load signal which the said acquisition means acquired. A fuel injection control device according to claim 1.
前記取得手段は、前記無負荷運転状態に対応する予め定められた無負荷時充電エネルギと、前記圧電駆動部に前記無負荷時充電エネルギが蓄積されたときに前記荷重センサ部より出力される前記荷重信号を取得し、
前記校正手段は、取得手段が取得した、前記無負荷時充電エネルギ、および前記荷重信号に基づいて、前記荷重センサ部を校正することを特徴とする請求項3に記載の燃料噴射制御装置。
The acquisition means outputs a predetermined no-load charging energy corresponding to the no-load operation state and the load sensor unit when the no-load charging energy is accumulated in the piezoelectric drive unit. Get the load signal
4. The fuel injection control device according to claim 3, wherein the calibration unit calibrates the load sensor unit based on the no-load charging energy and the load signal acquired by the acquisition unit.
前記校正手段が前記荷重センサ部の校正を行う際に使用する前記荷重信号は、最も大きな値を示す最大荷重信号から前記充電エネルギが放出されるまでの間に出力される単位時間当たりの変化量が最も小さい安定荷重信号であることを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載の燃料噴射制御装置。   The load signal used when the calibration means calibrates the load sensor unit is the amount of change per unit time that is output until the charging energy is released from the maximum load signal indicating the largest value. The fuel injection control device according to any one of claims 1 to 5, wherein is a smallest stable load signal. 前記冷間始動判定手段は、外気温度を取得する外気温度取得手段と、前記内燃機関の機関温度を取得する機関温度取得手段と、を有し、
取得した前記外気温度と前記機関温度とを比較することにより冷間始動を判定することを特徴とする請求項1から6のいずれか一項に記載の燃料噴射制御装置。
The cold start determination means includes an outside air temperature acquisition means for acquiring an outside air temperature, and an engine temperature acquisition means for acquiring an engine temperature of the internal combustion engine,
The fuel injection control device according to any one of claims 1 to 6, wherein the cold start is determined by comparing the acquired outside air temperature and the engine temperature.
前記機関温度取得手段は、前記内燃機関を冷却する冷却水温度、または前記内燃機関の潤滑に利用する潤滑油温度を取得することを特徴とする請求項7に記載の燃料噴射制御装置。   8. The fuel injection control device according to claim 7, wherein the engine temperature acquisition means acquires a coolant temperature for cooling the internal combustion engine or a lubricating oil temperature used for lubrication of the internal combustion engine.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102933836A (en) * 2010-05-20 2013-02-13 康明斯知识产权公司 Piezoelectric fuel injector system, method for estimating timing characteristics of a fuel injector event
JP2019178609A (en) * 2018-03-30 2019-10-17 いすゞ自動車株式会社 PCV system

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