JP2010275987A - 直動式燃料噴射弁の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】噴射量のばらつき低減を図った直動式燃料噴射弁の制御装置を提供する。
【解決手段】直動式のピエゾインジェクタ１０を制御対象とした制御装置において、ピエゾ電圧の波形中に、ニードル（弁体）の閉弁タイミングｔ７と同じタイミングで僅かに電圧上昇Ｐ１が生じていることを本発明者は見出した。この点を鑑みて、ニードルの閉弁作動が完了したことに伴い生じた電圧上昇Ｐ１の発生時期を検出する（電圧上昇検出手段）。そして、その発生時期ｔ７に基づき、充電終了から閉弁完了までのニードル下降時間Ｔ１０を算出し、そのニードル下降時間を加味して、ピエゾ素子への充電量（例えば充電期間におけるピエゾ電圧のピーク値）を制御することで、ニードルの開弁リフト量を制御する。そのため、開弁リフト量を高精度で制御でき、ひいては噴孔からの噴射量を高精度で制御できる。
【選択図】 図５

Description

本発明は、ピエゾ素子の変位量により弁体を開閉駆動させる直動式燃料噴射弁の制御装置に関する。

内燃機関の燃焼に供する燃料を噴射する噴射弁は、噴孔が形成されたボデー、ボデーに収容されて噴孔を開閉する弁体、及び弁体を駆動させるアクチュエータを備えて構成されるのが一般的である。そして、アクチュエータにピエゾ素子を採用し、ピエゾ素子の変位量を弁体に伝達して、前記変位量により弁体を開閉駆動させる直動式燃料噴射弁が従来より知られている。

この種の噴射弁は、ピエゾ素子へ充電された電荷を放電することでピエゾ素子を伸長させ、その伸長量（変位量）により弁体を開弁作動させている。そして、ピエゾ素子への充電量が多いほど、放電時におけるピエゾ素子の伸長量は増大し、ひいては弁体の開弁リフト量も増大する。すると、弁体が１回開閉することにより噴孔から噴射される噴射量も、増大することとなる。

特開２００８−２４０５４４号公報

しかしながら、ピエゾ素子の温度特性や、燃料噴射弁の構成部品（例えばボデーや弁体）の形状ばらつき等に起因して、充電量と開弁リフト量との関係がばらつく。その結果、所望の噴射量に対して実際の噴射量がばらつくこととなる。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、噴射量のばらつき低減を図った直動式燃料噴射弁の制御装置を提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について記載する。

請求項１記載の発明は、直動式燃料噴射弁を制御対象とした制御装置において、ピエゾ電圧を計測する電圧計測手段と、ピエゾ電圧の波形中に、前記弁体の閉弁作動が完了したことに伴い生じた電圧上昇の発生時期を検出する電圧上昇検出手段と、放電開始から閉弁作動完了までの弁体下降時間を、前記電圧上昇の発生時期に基づき算出する下降時間算出手段と、弁体下降時間を加味して充電量を制御することで、弁体の開弁リフト量を制御する充電量制御手段と、を備えることを特徴とする。

ここで、弁体がボデーのシート面に当接して閉弁作動を完了する時に、弁体がシート面から反力を受ける。するとその反力はピエゾ素子に伝達され、その結果、ピエゾ素子の電極間には圧電効果により電荷が生じ、前記電極間の電圧（以下、「ピエゾ電圧」と呼ぶ）が一時的に上昇する。この電圧上昇を図５（ｂ）中の符号Ｐ１に例示する。つまり放電を開始させて閉弁作動を開始させることに伴いピエゾ電圧は低下し、その低下が終了して一定になっている期間中、ピエゾ電圧の波形には符号Ｐ１に例示するように一時的に僅かに上昇する波形が現れる。

したがって、その電圧上昇発生時期に基づけば閉弁作動が完了したタイミングを把握することができ、ひいては弁体下降時間を把握することができる。そして、弁体下降時間が長いほど弁体の上昇量（つまり開弁リフト量）は大きい。要するに、ピエゾ電圧の上昇発生時期に基づけば弁体下降時間を把握でき、この弁体下降時間は開弁リフト量と相関性が高いので、上述の如く把握した弁体下降時間を加味して充電量制御すれば、実際の開弁リフト量を所望のリフト量に高精度で近づけることができる。

以上の知見に基づき上記発明では、ピエゾ電圧の波形中に、閉弁作動が完了したことに伴い生じた電圧上昇の発生時期を検出する。そして、その発生時期に基づき算出された弁体下降時間を加味して、ピエゾ素子への充電量（例えば充電期間におけるピエゾ電圧のピーク値）を制御することで、弁体の開弁リフト量を制御する。そのため、開弁リフト量を高精度で制御でき、ひいては噴孔からの噴射量を高精度で制御できる。

請求項２記載の発明では、前記充電量制御手段は、前記ピエゾ素子へ複数回電流を流すことで前記電極間の電圧（ピエゾ電圧）を徐々に上昇させて充電させるとともに、複数回の最後に流す電流の通電時間を前記弁体下降時間に基づき制御することで、前記ピエゾ素子への充電量を制御することを特徴とする。

ここで、ピエゾ素子へ複数回電流を流して充電量を徐々に増大させていくと、充電量増大に伴い弁体の開弁リフト量も徐々に増大していき、その結果、噴射率も徐々に増大していく。そして、内燃機関の燃焼室に燃料を噴射するにあたり、噴射開始直後の噴射率変化は燃焼状態に大きな影響を与えるため、ピエゾ素子へ流す電流が回を重ねる毎に、その電流の通電時間が燃焼状態へ与える影響は小さくなる。したがって、上記発明に反して初回に流す電流の通電時間を、弁体下降時間に基づき制御して充電量を制御しようとすると、燃焼状態が所望の状態と異なってくることが懸念される。

このような懸念に対し、上記発明では、複数回の最後に流す電流の通電時間を弁体下降時間に基づき制御することで、ピエゾ素子への充電量を制御するので、燃焼状態に与える影響を最小限にしつつ噴射量を調整できる。

請求項３記載の発明では、前記電圧上昇検出手段は、前記電圧計測手段により計測された電圧が前記ピエゾ素子の放電終了後に所定の閾値を超えた時期を、前記電圧上昇の発生時期として検出することを特徴とする。そのため、電圧上昇の発生時期の検出を容易に実現できる。

なお、ピークホールド回路等を用いて、ピエゾ素子の放電終了後におけるピエゾ電圧のピーク値の出現時期を検出し、その出現時期を電圧上昇発生時期として検出してもよい。

請求項４記載の発明は、直動式燃料噴射弁を制御対象とした制御装置において、ピエゾ電圧を計測する電圧計測手段と、前記弁体の開弁作動が完了した後にピエゾ電圧の下降速度が所定速度以下又はゼロになった所定時期を検出する下降状態検出手段と、充電開始から開弁作動完了までの弁体上昇時間を、前記所定時期に基づき算出する上昇時間算出手段と、弁体上昇時間を加味して充電量を制御することで、弁体の開弁リフト量を制御する充電量制御手段と、を備えることを特徴とする。

ここで、ピエゾ素子への充電を開始（図８中のｔ１参照）してピエゾ電圧が所定値にまで上昇すると、ピエゾ素子が伸長し始めるとともに弁体の開弁作動が開始（図８中のｔ２参照）される。そして、充電開始ｔ１から伸長開始ｔ２までの期間（充電初期）にはピエゾ素子は弁体から反力を受けており、この反力による圧電効果でピエゾ素子には電荷が生じている。したがって、充電初期ｔ１〜ｔ２におけるピエゾ電圧の上昇には、充電による上昇分（充電分）と圧電効果による上昇分（圧電分）とが含まれていると言える。

そして、ピエゾ素子の伸長開始以降（充電初期以降）は、前記反力は徐々に低下していき、弁体が所定リフト量だけ開弁作動して停止した時点（図８中のｔ４参照）で前記反力はなくなる。よって、充電初期ｔ１〜ｔ２に蓄電された圧電分（図８（ｂ）中の一点鎖線Ｌ２参照）は伸長開始ｔ２とともに徐々に低下していき開弁作動停止時点ｔ４でゼロになる。一方、前記充電分は、ピエゾ素子の伸長開始以降（充電初期以降）も上昇し、充電終了時点（図８中のｔ３参照）で前記充電分の上昇は停止する。

以上により、充電分及び圧電分に起因するピエゾ電圧の変化（図８（ｂ）中の実線参照）は、充電開始ｔ１から終了ｔ３までは主に充電分に依存して上昇し、充電終了ｔ３から開弁作動停止ｔ４までは圧電分Ｌ２の低下に伴い徐々に低下していく。そして、開弁作動停止時点ｔ４で圧電分Ｌ２の低下が終了し、開弁作動停止ｔ４以降のピエゾ電圧は充電分のみに依存した値で一定となる。

これらの点から本発明者は、「充電終了後にピエゾ電圧の低下が終了した時点と、開弁作動が完了した時点ｔ４とは一致する」との知見を得た。したがって、充電終了後にピエゾ電圧の下降速度が所定速度以下又はゼロになった所定時期に基づけば、開弁作動が完了したタイミングｔ４を把握することができ、ひいては弁体上昇時間を把握することができる。そして、弁体上昇時間が長いほど弁体の上昇量（つまり開弁リフト量）は大きい。

要するに、充電終了後にピエゾ電圧の下降速度が所定速度以下又はゼロになった所定時期に基づけば、弁体上昇時間を把握でき、この弁体上昇時間は開弁リフト量と相関性が高いので、上述の如く把握した弁体上昇時間を加味して充電量制御すれば、実際の開弁リフト量を所望のリフト量に高精度で近づけることができると言える。

以上の知見に基づき上記発明では、ピエゾ電圧の波形において、充電終了後にピエゾ電圧の下降速度が所定速度以下又はゼロになった所定時期を検出する。そして、その所定時期に基づき算出された弁体上昇時間を加味してピエゾ素子への充電量（例えば充電期間におけるピエゾ電圧のピーク値）を制御することで、弁体の開弁リフト量を制御する。そのため、開弁リフト量を高精度で制御でき、ひいては噴孔からの噴射量を高精度で制御できる。

請求項５記載の発明では、前記充電量制御手段は、前記ピエゾ素子へ複数回電流を流すことで前記電極間の電圧（ピエゾ電圧）を徐々に上昇させて充電させるとともに、複数回の最後に流す電流の通電時間を前記弁体上昇時間に基づき制御することで、前記ピエゾ素子への充電量を制御することを特徴とする。

ここで、ピエゾ素子へ複数回電流を流して充電量を徐々に増大させていくと、充電量増大に伴い弁体の開弁リフト量も徐々に増大していき、その結果、噴射率も徐々に増大していく。そして、内燃機関の燃焼室に燃料を噴射するにあたり、噴射開始直後の噴射率変化は燃焼状態に大きな影響を与えるため、ピエゾ素子へ流す電流が回を重ねる毎に、その電流の通電時間が燃焼状態へ与える影響は低くなる。

したがって、上記発明に反して初回に流す電流の通電時間を、弁体上昇時間に基づき制御して充電量を制御しようとすると、燃焼状態が所望の状態と異なってくることが懸念される。

このような懸念に対し、上記発明では、複数回の最後に流す電流の通電時間を弁体上昇時間に基づき制御することで、ピエゾ素子への充電量を制御するので、燃焼状態に与える影響を最小限にしつつ噴射量を調整できる。

請求項６記載の発明では、前記下降状態検出手段は、前記電圧計測手段により計測された電圧の微分値が前記ピエゾ素子の充電終了後に所定の閾値より低下した時期、又は前記微分値がゼロになった時期を、前記所定時期として検出することを特徴とする。そのため、所定時期の検出を容易に実現できる。

本発明の第１実施形態において、直動式燃料噴射弁を備えた噴射システム全体を示す図。 図１に示す直動式燃料噴射弁の断面図。 図２のピエゾ素子を制御するための、ドライバユニット及びＥＣＵの構成を示す図。 図３のドライバユニットによる、ピエゾ素子の操作態様を示すタイムチャート。 第１実施形態において、実リフト量の検出手法を説明するためのタイムチャート。 （ａ）は、図５に示す上昇時間及び図８に示す下降時間とニードルリフト量との関係を示す図、（ｂ）は、上昇時間及び下降時間とピーク電圧との関係を示す図、（ｃ）は、レール圧とピーク電圧との関係を示す図。 第１実施形態において、直動式燃料噴射弁に対する制御手順を示すフローチャート。 本発明の第２実施形態において、実リフト量の検出手法を説明するためのタイムチャート。 第２実施形態において、直動式燃料噴射弁に対する制御手順を示すフローチャート。

以下、本発明を具体化した各実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付しており、同一符号の部分についてはその説明を援用する。

（第１実施形態）
図１は、本実施形態にかかる直動式燃料噴射弁の制御装置２０，６０、及び制御装置２０，６０の制御対象となる直動式燃料噴射弁（ピエゾインジェクタ１０）を示すとともに、ピエゾインジェクタ１０が搭載された車両用内燃機関（ディーゼルエンジン）の噴射システム全体を示す図である。

図示されるように、燃料タンク２から汲み上げられた燃料は、高圧燃料ポンプ４により加圧され高圧状態でコモンレール６（蓄圧容器）に供給される。コモンレール６は、高圧燃料ポンプ４から供給される燃料を高圧状態で蓄え、高圧燃料通路８を介してピエゾインジェクタ１０に供給する。ピエゾインジェクタ１０は、低圧燃料通路１２とも接続されており、低圧燃料通路１２を介して燃料タンク２に燃料を戻すことが可能となっている。

制御装置２０，６０は、後述するドライバユニット２０及び電子制御装置（ＥＣＵ６０）を備えて構成され、マイクロコンピュータやメモリ等を有するＥＣＵ６０は、内燃機関の出力の制御を行なう。この制御に際しては、ＥＣＵ６０は、コモンレール６内の燃圧を検出する燃圧センサ１４の検出結果や、内燃機関のクランク軸の回転角度を検出するクランク角センサ１６の検出結果、ユーザによるアクセルペダルの操作量を検出するアクセルセンサ１８等、各種センサの検出結果を取り込み、これら検出結果を参照する。

図２に、ピエゾインジェクタ１０の構成を示す。

ピエゾインジェクタ１０は、複数の部材からなる弁ボデー３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄを備え、弁ボデー３０ｄの先端部には、弁ボデー３０ｄの内部とピエゾインジェクタ１０の外部とを連通させる噴孔３２が形成されている。そして、弁ボデー３０ｄ内部には、弁体としてのニードル３４、ニードルストッパ３６及びバランスピストン３８が先端部側から順に配置され、弁ボデー３０ｄの内壁に沿ってその軸方向に変位可能に収納されている。ニードル３４と弁ボデー３０ｄの内壁とによって区画形成されるニードル室３５と、バランスピストン３８の背面側のバランス室３９とには、上記高圧燃料通路８から高圧燃料が供給される。

ニードルストッパ３６のうち噴孔３２の反対側（以下、後方側と呼ぶ）の面と弁ボデー３０ｃの内壁とで形成される背圧室４１は、上記低圧燃料通路１２と連通しており、背圧室４１の低圧燃料は低圧燃料通路１２へ排出される。背圧室４１には、スプリング４０が設けられており、これにより、ニードルストッパ３６は、弁ボデー３０ｃの噴孔３２側（以下、先端側と呼ぶ）へ押されている。

一方、ニードルストッパ３６のうち噴孔３２側の面は、弁ボデー３０ｃの内壁とともに第１油密室４２を形成している。第１油密室４２は、伝達通路４４を介して、バランスピストン３８よりも噴孔３２の反対側に位置する第２油密室４６と接続されている。これら第１油密室４２、伝達通路４４、第２油密室４６には、動力を伝達する媒体としての燃料が充填されている。

第２油密室４６は、ピエゾピストン４８のうち弁ボデー３０ｂの噴孔３２側の面と弁ボデー３０ｂの内壁とによって区画形成される空間である。ピエゾピストン４８は、その内部に逆止弁５０を備えており、低圧燃料通路１２から第２油密室４６への燃料の供給が可能となっている。また、ピエゾピストン４８は、その後方側においてピエゾ素子５２と接続されている。

上記ピエゾ素子５２は、複数積層されて積層体（ピエゾスタック）を構成しており、これが逆圧電効果により伸縮することによりアクチュエータとして機能する。具体的には、ピエゾ素子５２は、容量性の負荷であり、充電されることで伸長し、放電されることで縮小する。ちなみに、本実施形態にかかるピエゾ素子５２は、ＰＺＴ等の圧電材料の圧電素子を利用したものである。

ニードル３４を開弁方向に付勢する力には、ニードル室３５内の高圧燃料がニードル３４を押す力Ｆ１、及び第１油密室４２内の高圧燃料がニードルストッパ３６を後方側に押す力Ｆ２がある。一方、ニードル３４を閉弁方向に付勢する力には、スプリング４０の弾性力Ｇ１、背圧室４１の低圧燃料がニードルストッパ３６を先端側に押す力Ｇ２、及びバランス室３９内の高圧燃料がバランスピストン３８の背面を先端側に押す力Ｇ３がある。

そして、ピエゾ素子５２に通電が開始されると、ピエゾ素子５２の伸長に伴い、ピエゾピストン４８が弁ボデー３０ａの先端方向に変位する。これにより、第２油密室４６、伝達通路４４及び第１油密室４２内の燃圧が上昇する。

すると、先述したニードル３４を開弁方向に付勢する力（開弁力Ｆ１，Ｆ２）が上昇して、閉弁方向に付勢する力（閉弁力Ｇ１〜Ｇ３）よりも大きくなる。その結果、ニードル３４が弁ボデー３０ｄの後方側に変位して開弁作動を開始する。つまり、ニードル３４の着座面３４ａが弁ボデー３０ｄのシート面３０ｅから離れてニードル３４がリフトアップする。これにより、弁ボデー３０ｄの内部の高圧燃料が噴孔３２を介して外部に噴射される。

一方、ピエゾ素子５２の通電後にこれを放電させると、ピエゾ素子５２の縮小に伴い、ピエゾピストン４８が弁ボデー３０ａの後方側に変位するため、第２油密室４６、伝達通路４４及び第１油密室４２内の燃圧が低下する。

すると、開弁力Ｆ１，Ｆ２が低下して閉弁力Ｇ１〜Ｇ３よりも小さくなる。その結果、ニードル３４が弁ボデー３０ｄの噴孔３２側に変位し、閉弁作動を開始する。つまり、ニードル３４がリフトダウンしてニードル３４の着座面３４ａが弁ボデー３０ｄのシート面３０ｅに着座する。これにより、燃料噴射が終了する。

要するに、ピエゾ素子５２の変位量は、第２油密室４６、伝達通路４４及び第１油密室４２の燃料を介して、バランスピストン３８、ニードルストッパ３６及びニードル３４に伝達される。よって、ピエゾ素子５２が伸長変位すれば、その伸長量に比例した量だけニードル３４がリフトアップし、ピエゾ素子５２が縮小変位すれば、その縮小量に比例した量だけニードル３４がリフトダウンする。

このピエゾインジェクタ１０では、ピエゾ素子５２の変位量に応じて、ニードル３４のボデー３０の後方への変位量であるリフト量が変化する。なお、リフト量はピエゾ素子５２の変位量に比例する。このため、ピエゾインジェクタ１０の閉弁に対応するリフト量ゼロから最大のリフト量であるフルリフト量までの間で、リフト量を任意に制御することができる。

すなわち、例えばピエゾ素子５２の通電によりその電気的な状態量（例えばピエゾ素子５２の電極間の電圧（ピエゾ電圧））を操作する際に、同状態量を一定とする期間を設けると、ニードル３４は中間のリフト量で停滞する。このため、その後通電制御を再開することで２段階のリフト量を有するリフト制御が可能となる。このように、ピエゾインジェクタ１０を用いることで、リフト量を自由に制御することができるために、燃料噴射量のみならず１回の燃料噴射における燃料噴射率波形をも自由に制御することが可能となる。ちなみに、ここで燃料噴射率とは、ピエゾインジェクタ１０から噴射される単位時間当たりの燃料量を意味する。

図３に、ピエゾ素子５２の駆動回路として機能するドライバユニット２０の構成を示す。

図示されるように、バッテリＢからドライバユニット２０に供給される電力は、まず昇圧回路であるＤＣ／ＤＣコンバータ２１に供給される。ＤＣ／ＤＣコンバータ２１は、バッテリＢの電圧（例えば「１２Ｖ」）を、ピエゾ素子５２を充電するための高電圧（例えば「２００〜３００Ｖ」）に昇圧する。

ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の昇圧電圧はコンデンサ２２に印加される。コンデンサ２２は、その一方の端子がＤＣ／ＤＣコンバータ２１側に接続され、また他方の端子が接地されている。そして、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の昇圧電圧がコンデンサ２２に印加されると、コンデンサ２２はピエゾ素子５２に供給するための電荷を蓄える。

コンデンサ２２のうちの高電位となる端子側、すなわち、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１側は、充電スイッチ２３と充放電コイル２４との直列接続体を介して、ピエゾ素子５２の高電位となる端子側に接続されている。そして、ピエゾ素子５２の低電位となる端子側は、接地されている。充電スイッチ２３と充放電コイル２４との間には、放電スイッチ２５の一方の端子が接続されており、放電スイッチ２５の他方の端子は、接地されている。

放電スイッチ２５には、接地側からコンデンサ２２及び充放電コイル２４間側に向かう方向を順方向とする態様にて、ダイオード２６が並列接続されている。このダイオード２６は、コンデンサ２２、充電スイッチ２３、充放電コイル２４と共に、ピエゾ素子５２を充電するチョッパ回路を構成するものであり、フリーホイーリングダイオードとして機能する。

一方、充電スイッチ２３には、放電スイッチ２５側からコンデンサ２２側へと向かう方向を順方向とする態様にて、ダイオード２７が並列接続されている。このダイオード２７は、コンデンサ２２、充放電コイル２４、放電スイッチ２５と共に、ピエゾ素子５２の電荷を放電するチョッパ回路を構成するものであり、フリーホイーリングダイオードとして機能する。

そして、検出部２９により検出された電流値はＥＣＵ６０に入力される。また、上記構成の駆動回路は、コントローラ２８により駆動され、コントローラ２８はＥＣＵ６０により制御される。詳しくは、ＥＣＵ６０では、内燃機関の運転状態等を検出する各種センサの検出値が入力される。また、上記回路によりピエゾ素子５２に印加される電流値は検出部２９により検出されてＥＣＵ６０に入力される。ＥＣＵ６０は、これらの検出値に基づきピエゾインジェクタ１０の噴射を指令する駆動パルス信号を生成し、コントローラ２８に出力する。

コントローラ２８では、駆動パルス信号による噴射指令に応じてピエゾ素子５２を伸縮させるようピエゾ素子５２に駆動電力を印加する。具体的には、コントローラ２８（電圧計測手段）は、ノードＮ１を介して検出されるピエゾ素子５２の電圧（ピエゾ電圧）、ノードＮ２を介して検出されるピエゾ素子５２の電流に基づき、充電スイッチ２３や放電スイッチ２５を操作する。また、この駆動パルス信号に基づき、充電スイッチ２３や放電スイッチ２５を操作する。駆動パルス信号に応じたこれら各操作は、図４に示す態様にて行なわれる。

図４（ａ）に駆動パルス信号の出力態様の推移を示し、また、図４（ｂ）に充電スイッチ２３の操作態様の推移を示し、図４（ｃ）に放電スイッチ２５の操作態様の推移を示し、図４（ｄ）にピエゾ素子５２を介して流れる電流（操作電流）の推移を示し、図４（ｅ）にピエゾ素子５２の操作電圧の推移を示す。

図示されるように、駆動パルス信号は、論理値が「Ｈ」であるパルスオン期間において燃料を噴射させるように指令する信号であり、この論理値「Ｈ」の期間を駆動パルス幅ｔｑ（ｍｓ）と呼ぶ。そして、ピエゾインジェクタ１０が噴孔３２を１回開閉させることにより噴射される燃料の噴射量Ｑ（ｍｍ3／ｓｔ）は、駆動パルス幅ｔｑ及びニードル３４のリフト量により制御されることとなる。つまり、駆動パルス幅ｔｑを長くするほど又はリフト量を大きくするほど、噴射量Ｑは多くなる。

また、駆動パルス信号のパルスが立ち上がって噴射が指令されると、充電スイッチ２３のオン・オフ操作によるチョッパ制御により、操作電流を増減させつつピエゾ素子５２の充電がなされる。具体的には、充電スイッチ２３がオン操作されることによって、コンデンサ２２、充電スイッチ２３、充放電コイル２４、ピエゾ素子５２からなる閉ループ回路が形成される。これにより、コンデンサ２２の電荷がピエゾ素子５２に充電される。このとき、ピエゾ素子５２を介して流れる電流量が増加する。一方、充電スイッチ２３のオン操作の後、充電スイッチ２３がオフ操作されることで、充放電コイル２４、ピエゾ素子５２、ダイオード２６からなる閉ループ回路が形成される。これにより、充放電コイル２４のフライホイールエネルギが、ピエゾ素子５２に充電される。このとき、ピエゾ素子５２を介して流れる電流量が減少する。

上記態様にて充電スイッチ２３が操作される降圧チョッパ制御が行なわれることで、ピエゾ素子５２が充電され、ピエゾ素子５２の高電位となる端子側の電位が上昇する。

一方、駆動パルス信号のパルスが立ち下がって噴射停止が指令されると、放電スイッチ２５のオン・オフ操作によるチョッパ制御により、操作電流を増減させつつピエゾ素子５２の放電がなされる。具体的には、放電スイッチ２５がオン操作されることで、放電スイッチ２５、充放電コイル２４、ピエゾ素子５２によって閉ループ回路が形成される。これにより、ピエゾ素子５２が放電される。このとき、ピエゾ素子５２を介して流れる電流量が増加する。

更に、放電スイッチ２５のオン操作の後、放電スイッチ２５がオフ操作されることで、コンデンサ２２、ダイオード２７、充放電コイル２４、ピエゾ素子５２によって閉ループ回路が形成される。これにより、充放電コイル２４のフライホイールエネルギがコンデンサ２２に回収される。

上記態様にて放電スイッチ２５が操作される昇圧チョッパ制御が行なわれることで、ピエゾ素子５２が放電され、ピエゾ素子５２の高電位となる端子側の電位が低下する。

ところで、ピエゾ素子５２には温度特性があり、充電量が同じであっても高温であるほど伸長変位量が少なくなる。よって、ピエゾ素子５２の環境温度に応じてピエゾ素子５２への充電量とピエゾ素子５２の変位量との関係が変化する。また、ピエゾインジェクタ１０の各部（例えば第２油密室４６、伝達通路４４及び第１油密室４２等）の形状に機差ばらつきが生じることに起因して、前記充電量と変位量との関係がばらつく。また、例えばシート面３０ｅが磨耗する等の経年劣化に起因して、前記充電量と変位量との関係がばらつく。

つまり、上記各種要因によりピエゾ素子５２の変位量にばらつきが生じ、ひいてはニードルリフト量もばらつくことが懸念される。そのため、ニードルリフト量により制御される噴射量Ｑが要求噴射量に対してばらついてしまい、噴射量を高精度で制御できなくなることが懸念される。

この懸念に対し本実施形態では、要求噴射量に対する目標ニードルリフト量を算出し、目標ニードルリフト量にするための充電量（具体的には後述するピエゾ素子のピーク値Ｖｐ）となるようドライバユニット２０を作動させて充電制御を行う。そして、充電量に対する実際のニードルリフト量(実リフト量)を検出し、実リフト量が目標リフト量に近づくよう、両リフト量の偏差に基づき充電量（ピエゾ電圧のピーク電圧Ｖｐ）をフィードバック制御する。

ここで、従来では実リフト量の検出手段がなかったため、上記フィードバック制御の実現は極めて困難であった。これに対し本実施形態では、以下の手法により実リフト量の検出を可能にし、ひいては上記フィードバック制御を可能にしている。以下、実リフト量の検出手法について、図５を用いて説明する。

図５（ａ）は、ピエゾ素子５２を流れる操作電流（図４（ｄ）に相当）の時間変化を示す。図５（ｂ）は、駆動電流に伴い変化するピエゾ素子５２の電極間の電圧（ピエゾ電圧）の時間変化を示す。図５（ｃ）は噴射率の時間変化を示し、図５（ｄ）はニードルリフト量の時間変化を示す。なお、ピエゾ素子５２の伸長量とニードルリフト量とは比例関係にあるため、図５（ｄ）はピエゾ伸長量を示しているとも言える。

まず、ｔ１時点にて操作電流を流して充電を開始すると、ピエゾ電圧が上昇を開始する（図５（ａ）（ｂ）参照）。そして、先述した開弁力Ｆ１，Ｆ２が閉弁力Ｇ１〜Ｇ３よりも大きくなった時点ｔ２で、ニードル３４は開弁作動を開始する（図５（ｄ）参照）。その後、充電終了時点ｔ３にてピエゾ電圧の上昇は停止し、その後のｔ４時点でニードル３４の開弁作動も停止する。

その後、ｔ５時点にて操作電流を流して放電を開始すると、ピエゾ電圧が下降し始めるとともに、ニードル３４の閉弁作動も開始される。その後、放電終了時点ｔ６にてピエゾ電圧の下降は停止し、その後のｔ７時点でニードル３４の閉弁作動も停止する。なお、図５（ｃ）に示す噴射率は、ニードルリフト量の変化に追従して、応答遅れをもって変化する。

このような充放電に伴い変化するピエゾ電圧の波形中に、ニードル３４の閉弁タイミングｔ７と同じタイミングで僅かに電圧上昇Ｐ１が生じていることを本発明者は見出した。したがって、この電圧上昇Ｐ１が生じるタイミング（圧電ピークタイミングｔ７、電圧上昇発生時期）を検出すれば、閉弁作動が完了したタイミングｔ７を把握することができる。そして、閉弁作動を開始したタイミングは放電開始時点ｔ５であるため、ｔ５からｔ７の時間に相当するニードル下降時間Ｔ１０（弁体下降時間）を取得できる。そして、図６（ａ）に示すようにニードルリフト量と下降時間Ｔ１０とは比例関係にあるため、算出した下降時間Ｔ１０からニードルリフト量を取得できる。

次に、ニードル閉弁タイミングｔ７と同じタイミングでピエゾ電圧の波形中に電圧上昇Ｐ１が生じる理由を以下に説明する。ニードル３４がシート面３０ｅに着座して閉弁作動を完了する時点ｔ７で、ニードル３４がシート面３０ｅから反力を受ける。するとその反力は、第１油密室４２等の燃料を介してピエゾ素子５２に伝達され、その結果、ピエゾ素子５２の電極間には圧電効果により電荷が生じ、ピエゾ電圧に変化が生じる。この変化が上記電圧上昇Ｐ１である。つまり、放電が終了してピエゾ電圧の下降が停止して一定になっている期間中、閉弁作動が完了したタイミングｔ７でピエゾ電圧は一時的に僅かに上昇して電圧上昇Ｐ１が生じる。

以上の知見を鑑み、目標ニードルリフト量にするための充電量（ピーク電圧Ｖｐ）となるよう充電制御を行う。ここで、図６（ｂ）に示すようにピーク電圧Ｖｐとニードルリフト量とは比例関係にあるため、本実施形態では目標ニードルリフト量に対応する目標ピーク電圧Ｖｐｔｒｇを設定し、その目標ピーク電圧Ｖｐｔｒｇを、閉弁作動完了タイミングｔ７から算出されるニードル下降時間Ｔ１０に基づき補正する。つまり、充電量に対する実際のニードルリフト量(実リフト量)を検出し、実リフト量が目標リフト量に近づくよう、両リフト量の偏差に基づき充電量（ピエゾ電圧のピーク値Ｖｐ）をフィードバック制御する。

次に、目標ピーク電圧Ｖｐｔｒｇ及び目標下降時間Ｔ１０ｔｒｇの算出手順について図７を用いて説明する。図７の処理は、コントローラ２８により実行されるものであるが、その一部をＥＣＵ６０が実行するようにしてもよい。

先ず、ステップＳ１０において、エンジン運転状態に基づき要求噴射量Ｑを算出する。具体的には、クランク角センサ１６の検出値から算出されるエンジンの出力軸の回転速度（エンジン回転速度ＮＥ）、及びアクセルセンサ１８の検出値等から算出されるエンジン負荷に基づき要求噴射量Ｑを算出する。

続くステップＳ１１では、燃圧センサ１４の検出値から算出されるコモンレール６内の燃圧（レール圧Ｐｃ）を読み取る。続くステップＳ１２では、ステップＳ１０で算出した要求噴射量Ｑ、及びステップＳ１１で読み取ったレール圧Ｐｃに基づき、先述した目標ピーク電圧Ｖｐｔｒｇ及び目標ニードル下降時間Ｔ１０ｔｒｇを算出する。

具体的には、要求噴射量Ｑ及びレール圧Ｐｃに対する目標ピーク電圧Ｖｐｔｒｇの最適値を予め試験等により設定しておき、その設定した目標ピーク電圧Ｖｐｔｒｇを、要求噴射量Ｑ及びレール圧Ｐｃに対応づけて作成したマップＭ１を、ＥＣＵ６０等が有するメモリ（記憶手段）に予め記憶させておく。そして、ステップＳ１０，Ｓ１１での要求噴射量Ｑ及びレール圧Ｐｃに対応する目標ピーク電圧Ｖｐｔｒｇを、前記マップＭ１を参照して算出する。また、噴射量とレール圧が決まればニードル下降時間Ｔ１０も一意的に決まるはずであるため、要求噴射量Ｑ及びレール圧Ｐｃに基づき目標ニードル下降時間Ｔ１０ｔｒｇを算出する。なお、噴射量及びレール圧と目標ニードル下降時間Ｔ１０ｔｒｇとの関係は、予め試験により取得しておきマップ等により記憶させておくことが望ましい。

続くステップＳ１３（充電量制御手段）では、ステップＳ１２で算出した目標ピーク電圧Ｖｐｔｒｇに基づき充電制御する。具体的には、図５（ｂ）に示すｔ３時点でのピーク電圧Ｖｐが目標ピーク電圧Ｖｐｔｒｇとなるよう、図４（ｂ）に示すように充電スイッチ２３を制御（充電制御）する。

ちなみに、充電初期におけるピエゾ電圧の上昇（図５（ｂ）のｔ１〜ｔ３参照）には、充電による上昇分（充電分）と圧電効果による上昇分（圧電分）とが含まれていると言える（圧電分については第２実施形態にて詳述）。そして図４（ｅ）のｔ１〜ｔ３では、充電分及び圧電分のうち充電分のみを示している。

上記充電制御では、図４（ｂ）に示すように、複数回に亘って充電スイッチ２３のオンとオフを切り替えることでピエゾ電圧を昇圧させているが、最後に流す電流の通電時間Ｔｏｎ（充電スイッチ２３のオン時間）を下降時間Ｔ１０に基づき制御することで、ピーク電圧Ｖｐが目標ピーク電圧Ｖｐｔｒｇとなるよう充電制御する。

続くステップＳ１４（電圧上昇検出手段）では、ノードＮ１を介して検出されるピエゾ素子５２の電圧（ピエゾ電圧）の変化（波形）に基づき、圧電ピークタイミング（ニードル閉弁タイミングｔ７）を検出する。このピエゾ電圧の波形は、ステップＳ１３に基づき実行された充電制御の後に実行された放電制御に伴い生じた波形である。

具体的には、放電終了時点ｔ６以降の所定期間Ｗ１において、予め設定した閾値を超えた時点を閉弁タイミングｔ７として検出すればよい。或いは、前記所定期間Ｗ１において、ピークホールド回路によりピーク値の出現タイミングを検出し、その出現タイミングを閉弁タイミングｔ７として検出すればよい。

続くステップＳ１５（下降時間算出手段）では、ステップＳ１４にて検出した圧電ピークタイミングｔ７に基づき、先述したニードル下降時間Ｔ１０を算出する。具体的には、ステップＳ１４にて検出されたニードル閉弁タイミングｔ７及び放電開始時点ｔ５に基づき、放電開始時点ｔ５から閉弁タイミングｔ７までの所要時間を下降時間Ｔ１０として算出する。

続くステップＳ１６では、ステップＳ１５にて算出した下降時間Ｔ１０とステップＳ１２で算出した目標下降時間Ｔ１０ｔｒｇとの偏差を算出し、当該偏差が、ゼロ或いは所定値以下となっているか否かを判定する。なお、目標下降時間Ｔ１０ｔｒｇは、目標ニードルリフト量又は目標ピーク電圧Ｖｐｔｒｇに対応する時間である（図６（ａ）（ｂ）参照）。

そして、Ｔ１０とＴ１０ｔｒｇとの偏差がゼロでない又は所定値以下でなければ（Ｓ１６：ＮＯ）、続くステップＳ１７において、前記偏差に基づき目標ピーク電圧Ｖｐｔｒｇを補正する。具体的には、（Ｔ１０−Ｔ１０ｔｒｇ）≧０であれば、充電量を減少させてリフト量を小さくすべく、目標ピーク電圧Ｖｐｔｒｇの値を所定量ΔＶｐ（例えば１Ｖ）だけ小さくする。一方、（Ｔ１０−Ｔ１０ｔｒｇ）＜０であれば、充電量を増大させてリフト量を大きくすべく、目標ピーク電圧Ｖｐｔｒｇの値を所定量ΔＶｐだけ大きくする。

そして、ステップＳ１７にて目標ピーク電圧Ｖｐｔｒｇを補正した後、ステップＳ１３〜Ｓ１５の処理を繰り返し実行し、その結果、Ｔ１０とＴ１０ｔｒｇとの偏差がゼロ又は所定値以下になれば（Ｓ１６：ＹＥＳ）、ステップＳ１８に進む。

ステップＳ１８では、現在のピーク電圧Ｖｐ又は目標ピーク電圧Ｖｐｔｒｇに基づき、ステップＳ１２で用いるマップＭ１中の目標ピーク電圧Ｖｐｔｒｇの値を補正（フィードバック補正）する。また、その時のレール圧Ｐｃに応じてピーク電圧Ｖｐは異なる値となる。具体的には、図６（ｃ）に示すようにレール圧Ｐｃの上昇に比例してピーク電圧Ｖｐも上昇する。そこで本実施形態では、下降時間Ｔ１０に加えてレール圧Ｐｃにも基づき目標ピーク電圧Ｖｐｔｒｇの値を補正する。

要するに、下降時間Ｔ１０とピーク電圧Ｖｐとは相関がある（比例関係にある）ことは図６（ｂ）を用いて先述した通りである。よって、マップＭ１中の目標ピーク電圧Ｖｐｔｒｇに相当する下降時間（目標下降時間Ｔ１０ｔｒｇ）を前記相関から算出することができ、その目標下降時間Ｔ１０ｔｒｇがステップＳ１５にて算出した下降時間Ｔ１０（実下降時間）に近づくよう、両下降時間Ｔ１０、Ｔ１０ｔｒｇの偏差に基づきマップＭ１中の目標ピーク電圧Ｖｐｔｒｇを補正することで、充電量（ピーク電圧Ｖｐ）をフィードバック制御する。

或いは、マップＭ１中に、最後に流す電流の通電時間Ｔｏｎを目標ピーク電圧Ｖｐｔｒｇと併せて記憶させておき、その通電時間Ｔｏｎの長さを、目標下降時間Ｔ１０ｔｒｇ及び実下降時間Ｔ１０の偏差に基づき補正する。

以上により、本実施形態によれば、放電終了時点ｔ６以降の所定期間Ｗ１におけるピエゾ電圧波形に基づき、圧電ピークタイミング（ニードル閉弁タイミングｔ７）を検出し、検出した圧電ピークタイミングｔ７に基づきニードル下降時間Ｔ１０を算出する。そして、算出された下降時間Ｔ１０に基づき、充電期間ｔ１〜ｔ３におけるピーク電圧Ｖｐを制御することで、ニードル３４のリフト量を制御する。そのため、ニードル３４のリフト量を高精度で制御でき、ひいては噴孔３２からの噴射量Ｑを高精度で制御できる。

例えば、図５(ｄ)中の実線に示す実際のニードルリフト量が、図５(ｄ)中の一点鎖線Ｌ１に示す目標ニードルリフト量に比べて低くなっている場合には、実際の下降時間Ｔ１０は目標下降時間よりも短くなるはずである。そこで本実施形態では、実際の下降時間Ｔ１０と目標下降時間との偏差に基づきピーク電圧Ｖｐ（充電量）を補正するので、ニードル３４のリフト量を高精度で制御できる。

また、最後に流す電流の通電時間Ｔｏｎの長さを、目標下降時間及び実下降時間Ｔ１０の偏差に基づき補正することで、実ピーク電圧Ｖｐを目標ピーク電圧Ｖｐｔｒｇに近づけることができ、ひいては実リフト量を目標リフト量に近づけることができる。

ここで、噴孔３２から燃焼室へ燃料を噴射するにあたり、噴射開始直後において噴射率が上昇し始めたときの噴射率変化は燃焼状態に大きな影響を与える。これに対し、噴射率がある程度上昇した後の噴射率変化については燃焼状態へ与える影響が小さくなる。この点を鑑みた本実施形態では、複数回の最後に流す電流の通電時間Ｔｏｎの長さを、検出したニードル下降時間Ｔ１０に基づき補正することでピエゾ素子５２への充電量をフィードバック制御するので、燃焼状態に与える影響を最小限にしつつ噴射量Ｑを高精度で制御できる。

（第２実施形態）
上記実施形態では、放電終了時点ｔ６以降のピエゾ電圧の波形中に、ニードル閉弁タイミングｔ７と同じタイミングで僅かに電圧上昇Ｐ１が生じていることに着目して、ニードル下降時間Ｔ１０を算出し、算出した下降時間Ｔ１０に基づきピエゾ素子５２へのピーク電圧Ｖｐ（充電量）をフィードバック制御している。

これに対し本実施形態では、図８に示すように、充電終了時点ｔ３以降にピエゾ電圧の低下が終了したタイミングと、ニードル３４の開弁作動が完了した時点ｔ４（つまりニードルリフト量の上昇が停止した時点）とが一致することに着目して、ニードル上昇時間Ｔ２０（弁体上昇時間）を算出し、算出した上昇時間Ｔ２０に基づきピエゾ素子５２へのピーク電圧Ｖｐ（充電量）をフィードバック制御している。なお、ピエゾインジェクタ１０及びその制御装置２０，６０のハード構成については、上記第１実施形態と同じである。

次に、目標ピーク電圧Ｖｐｔｒｇ及び目標上昇時間Ｔ２０ｔｒｇの算出手順について図９を用いて説明する。なお、以下の説明では図７に示す第１実施形態との違いを中心として説明し、図９の処理のうち図７と同じ処理については、同一符号を付してその説明を援用する。

先ず、ステップＳ１０で算出した要求噴射量Ｑ、及びステップＳ１１で読み取ったレール圧Ｐｃに基づき、マップＭ１を用いて目標ピーク電圧Ｖｐｔｒｇ及び目標上昇時間Ｔ２０ｔｒｇを算出する（Ｓ１２０）。次に、ピーク電圧Ｖｐが目標ピーク電圧Ｖｐｔｒｇとなるよう充電制御する（Ｓ１３）。なお、上記ステップＳ１２０において、噴射量とレール圧が決まればニードル上昇時間Ｔ２０も一意的に決まるはずであるため、要求噴射量Ｑ及びレール圧Ｐｃに基づき目標ニードル上昇時間Ｔ２０ｔｒｇを算出する。なお、噴射量及びレール圧と目標ニードル上昇時間Ｔ２０ｔｒｇとの関係は、予め試験により取得しておきマップ等により記憶させておくことが望ましい。

次に、ステップＳ１４０（下降状態検出手段）において、充電終了時点ｔ３以降にピエゾ電圧の低下が終了したタイミング、つまりピエゾ電圧波形の変極点Ｐ２が出現するタイミング（ニードル開弁作動完了時点ｔ４）を検出する。このピエゾ電圧波形は、ステップＳ１３に基づき実行された充電制御の直後に実行された放電制御に伴い生じた波形である。具体的には、充電終了時点ｔ３以降に、ピエゾ電圧波形の微分値が最初にゼロとなった時点を変極点Ｐ２の出現タイミングｔ４（所定時期）として検出すればよい。なお、充電終了時点ｔ３以降に、ピエゾ電圧波形の微分値が最初に閾値を下回って低下した時点を、変極点Ｐ２の出現タイミングｔ４（所定時期）として検出してもよい。

続くステップＳ１５０で（上昇時間算出手段）は、ステップＳ１４０にて検出した変極点Ｐ２の出現タイミングｔ４に基づき、先述したニードル上昇時間Ｔ２０を算出する。具体的には、ステップＳ１４０にて検出された出現タイミングｔ４（開弁作動完了時点）及び充電開始時点ｔ１に基づき、充電開始時点ｔ１から開弁作動完了時点ｔ４までの所要時間を上昇時間Ｔ２０として算出する。

続くステップＳ１６０では、ステップＳ１５０にて算出した上昇時間Ｔ２０とステップＳ１２０で算出した目標上昇時間Ｔ２０ｔｒｇとの偏差を算出し、当該偏差が、ゼロ或いは所定値以下となっているか否かを判定する。なお、目標上昇時間Ｔ２０ｔｒｇは、目標ニードルリフト量又は目標ピーク電圧Ｖｐｔｒｇに対応する時間である（図６（ａ）（ｂ）参照）。

そして、Ｔ２０とＴ２０ｔｒｇとの偏差がゼロでない又は所定値以下でなければ（Ｓ１６０：ＮＯ）、続くステップＳ１７０において、前記偏差に基づき目標ピーク電圧Ｖｐｔｒｇを補正する。具体的には、（Ｔ２０−Ｔ２０ｔｒｇ）≧０であれば、充電量を減少させてリフト量を小さくすべく、目標ピーク電圧Ｖｐｔｒｇの値を所定量ΔＶｐ（例えば１Ｖ）だけ小さくする。一方、（Ｔ２０−Ｔ２０ｔｒｇ）＜０であれば、充電量を増大させてリフト量を大きくすべく、目標ピーク電圧Ｖｐｔｒｇの値を所定量ΔＶｐだけ大きくする。

そして、ステップＳ１７０にて目標ピーク電圧Ｖｐｔｒｇを補正した後、ステップＳ１３〜Ｓ１５０の処理を繰り返し実行し、その結果、Ｔ２０とＴ２０ｔｒｇとの偏差がゼロ又は所定値以下になれば（Ｓ１６０：ＹＥＳ）、ステップＳ１８０に進む。

ステップＳ１８０では、現在のピーク電圧Ｖｐ又は目標ピーク電圧Ｖｐｔｒｇに基づき、ステップＳ１２０で用いるマップＭ１中の目標ピーク電圧Ｖｐｔｒｇの値を補正（フィードバック補正）する。また、その時のレール圧Ｐｃに応じてピーク電圧Ｖｐは異なる値となる（図６（ｃ）参照）。そこで本実施形態では、上昇時間Ｔ２０に加えてレール圧Ｐｃにも基づき目標ピーク電圧Ｖｐｔｒｇの値を補正する。

要するに、図６（ａ）に示すように上昇時間Ｔ２０とニードルリフト量とは相関（比例関係）があり、図６（ｂ）に示すように、上昇時間Ｔ２０とピーク電圧Ｖｐとは相関（比例関係）がある。よって、マップＭ１中の目標ピーク電圧Ｖｐｔｒｇに相当する上昇時間（目標上昇時間Ｔ２０ｔｒｇ）を前記相関から算出することができ、その目標上昇時間Ｔ２０ｔｒｇがステップＳ１５０にて算出した上昇時間Ｔ２０（実上昇時間）に近づくよう、両上昇時間Ｔ２０、Ｔ２０ｔｒｇの偏差に基づきマップＭ１中の目標ピーク電圧Ｖｐｔｒｇを補正することで、充電量（ピーク電圧Ｖｐ）をフィードバック制御する。

或いは、マップＭ１中に、最後に流す電流の通電時間Ｔｏｎを目標ピーク電圧Ｖｐｔｒｇと併せて記憶させておき、その通電時間Ｔｏｎの長さを、目標上昇時間Ｔ２０ｔｒｇ及び実上昇時間Ｔ２０の偏差に基づき補正する。

以上により、本実施形態によれば、充電終了時点ｔ３直後のピエゾ電圧波形に基づき変極点Ｐ２の出現タイミングｔ４（開弁作動完了時点）を検出し、検出した出現タイミングｔ４に基づきニードル上昇時間Ｔ２０を算出する。そして、算出された上昇時間Ｔ２０に基づき、充電期間ｔ１〜ｔ３におけるピーク電圧Ｖｐを制御することで、ニードル３４のリフト量を制御する。そのため、ニードル３４のリフト量を高精度で制御でき、ひいては噴孔３２からの噴射量Ｑを高精度で制御できる。

例えば、図５(ｄ)中の実線に示す実際のニードルリフト量が、図５(ｄ)中の一点鎖線Ｌ１に示す目標ニードルリフト量に比べて低くなっている場合には、実際の下降時間Ｔ１０は目標下降時間よりも短くなるはずである。そこで本実施形態では、実際の下降時間Ｔ１０と目標下降時間との偏差に基づきピーク電圧Ｖｐ（充電量）を補正するので、ニードル３４のリフト量を高精度で制御できる。

また、最後に流す電流の通電時間Ｔｏｎの長さを、目標上昇時間及び実上昇時間Ｔ２０の偏差に基づき補正することで、実ピーク電圧Ｖｐを目標ピーク電圧Ｖｐｔｒｇに近づけることができ、ひいては実リフト量を目標リフト量に近づけることができる。そして、複数回の最後に流す電流の通電時間Ｔｏｎの長さを、検出したニードル下降時間Ｔ１０に基づき補正することでピエゾ素子５２への充電量をフィードバック制御するので、上記第１実施形態と同様にして、燃焼状態に与える影響を最小限にしつつ噴射量Ｑを高精度で制御できる。

（他の実施形態）
本発明は上記実施形態の記載内容に限定されず、以下のように変更して実施してもよい。また、各実施形態の特徴的構成をそれぞれ任意に組み合わせるようにしてもよい。

・上記各実施形態では、第１油密室４２等の燃料を介してピエゾ素子５２の変位量をニードル３４に伝達させる油密式の直動インジェクタに、本発明の制御装置を適用させている。これに対し、ピエゾ素子５２とニードル３４とを連結部材により機械的に連結し、連結部材を介して前記変位量をニードル３４に伝達させる機械式の直動インジェクタに、本発明の制御装置を適用させてもよい。

・上記各実施形態では、最後に流す電流の通電時間Ｔｏｎの長さを調整することで、ピーク電圧Ｖｐ（充電量）を調整（フィードバック補正）し、ひいては実リフト量を目標リフト量に近づけさせている。このように最後通電時間Ｔｏｎの長さを調整することに替え、例えば複数回電流を流す際の通電回数を調整する等の手段により充電時間ｔ１〜ｔ３を調整することで、ピーク電圧Ｖｐ（充電量）を調整するようにしてもよい。

１０…直動式ピエゾインジェクタ、２８…コントローラ（電圧計測手段、制御装置）、３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ…ボデー、３２…噴孔、３４…ニードル（弁体）、５２…ピエゾ素子、６０…ＥＣＵ（制御装置）、Ｓ１３…充電量制御手段、Ｓ１５…下降時間算出手段、Ｓ１４…電圧上昇検出手段、Ｓ１４０…下降上体検出手段、Ｓ１５０…上昇時間算出手段、ｔ４…変極点Ｐ２の出現タイミング（所定時期）、ｔ７…圧電ピークタイミング（電圧上昇Ｐ１の発生時期）、Ｔ１０…ニードル下降時間（弁体下降時間）、Ｔ２０…ニードル上昇時間（弁体上昇時間）。

Claims (6)

1. 燃料を噴射する噴孔が形成されたボデー、前記ボデーに収容されて前記噴孔を開閉する弁体、及び充電量又は放電量の大きさに応じて変位するピエゾ素子を備え、前記ピエゾ素子の変位量により前記弁体を開閉駆動させる直動式燃料噴射弁を制御対象とした制御装置において、
   前記ピエゾ素子の電極間の電圧を計測する電圧計測手段と、
   前記電圧計測手段により計測された電圧の波形中に、前記弁体の閉弁作動が完了したことに伴い生じた電圧上昇の発生時期を検出する電圧上昇検出手段と、
   前記ピエゾ素子の放電開始から前記閉弁作動の完了までの弁体下降時間を、前記電圧上昇検出手段により検出された発生時期に基づき算出する下降時間算出手段と、
   前記下降時間算出手段により算出された弁体下降時間を加味して前記ピエゾ素子への充電量を制御することで、前記弁体の開弁リフト量を制御する充電量制御手段と、
   を備えることを特徴とする直動式燃料噴射弁の制御装置。
2. 前記充電量制御手段は、前記ピエゾ素子へ複数回電流を流すことで前記電極間の電圧を徐々に上昇させて充電させるとともに、複数回の最後に流す電流の通電時間を前記弁体下降時間に基づき制御することで、前記ピエゾ素子への充電量を制御することを特徴とする請求項１に記載の直動式燃料噴射弁の制御装置。
3. 前記電圧上昇検出手段は、前記電圧計測手段により計測された電圧が前記ピエゾ素子の放電終了後に所定の閾値を超えた時期を、前記電圧上昇の発生時期として検出することを特徴とする請求項１又は２に記載の直動式燃料噴射弁の制御装置。
4. 燃料を噴射する噴孔が形成されたボデー、前記ボデーに収容されて前記噴孔を開閉する弁体、及び充電量又は放電量の大きさに応じて変位するピエゾ素子を備え、前記ピエゾ素子の変位量により前記弁体を開閉駆動させる直動式燃料噴射弁を制御対象とした制御装置において、
   前記ピエゾ素子の電極間の電圧を計測する電圧計測手段と、
   前記電圧計測手段により計測された電圧の波形において、前記ピエゾ素子への充電終了後にピエゾ電圧の下降速度が所定速度以下又はゼロになった所定時期を検出する下降状態検出手段と、
   前記ピエゾ素子への充電開始から前記弁体の開弁作動の完了までの弁体上昇時間を、前記下降状態検出手段により検出された所定時期に基づき算出する上昇時間算出手段と、
   前記上昇時間算出手段により算出された弁体上昇時間を加味して前記ピエゾ素子への充電量を制御することで、前記弁体の開弁リフト量を制御する充電量制御手段と、
   を備えることを特徴とする直動式燃料噴射弁の制御装置。
5. 前記充電量制御手段は、前記ピエゾ素子へ複数回電流を流すことで前記電極間の電圧を徐々に上昇させて充電させるとともに、複数回の最後に流す電流の通電時間を前記弁体上昇時間に基づき制御することで、前記ピエゾ素子への充電量を制御することを特徴とする請求項４に記載の直動式燃料噴射弁の制御装置。
6. 前記下降状態検出手段は、前記電圧計測手段により計測された電圧の微分値が前記ピエゾ素子の充電終了後に所定の閾値より低下した時期、又は前記微分値がゼロになった時期を、前記所定時期として検出することを特徴とする請求項４又は５に記載の直動式燃料噴射弁の制御装置。

Images