JP2522417B2 - 圧電素子充放電制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は圧電素子充放電制御装置に関する。

〔従来の技術〕

圧電素子を充電または放電せしめると圧電素子は伸長
または収縮する。このため、このような伸縮作用を利用
して圧電素子は種々のアクチュエータとして使用され
る。

このような圧電素子の充放電を制御するため、例えば
特開昭62−17338号公報には、圧電素子を充電させるた
めの充電制御用サイリスタと、圧電素子を放電させるた
めの放電制御用サイリスタとを直列に接続した圧電素子
充放電制御装置が開示されている。第６図を参照すると
ピエゾ圧電素子47の充放電を制御するための駆動回路10
8は定電圧源110と、定電圧源110によって充電されるコ
ンデンサ111と、充電制御用サイリスタ112と、充電コイ
ル113と、放電制御用サイリスタ114と、放電用コイル11
5からなる。充電制御用サイリスタ112のゲートにトリガ
信号を与えると充電制御用サイリスタ112はオン状態と
なる。これにより定電圧源110により充電されているコ
ンデンサ111の両端電圧は充電用コイル113により昇圧さ
れ充電制御用サイリスタ112を介してピエゾ圧電素子47
を充電する。一方、放電制御用サイリスタ114のゲート
にトリガ信号を与えると放電制御用サイリスタ114はオ
ン状態となる。これによりピエゾ圧電素子47に充電され
ていた電荷は放電制御用サイリスタ114を介して放電さ
れる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら充電制御用サイリスタ112をターンオン
せしめてピエゾ圧電素子47の充電を開始し、ピエゾ圧電
素子47の充電が完了する前に放電制御用サイリスタ114
をターンオンせしめると、充電制御用サイリスタ112お
よび放電制御用サイリスタ114が共にオン状態となり、
斯くして充電制御用サイリスタ112、充電用コイル113、
放電制御用サイリスタ114、および放電用コイル115によ
って低抵抗の回路が構成され、この回路に大電流が連続
的に流れて、サイリスタ112および114が破損してしまう
という問題がある。

また、放電制御用サイリスタ114をターンオンせしめ
てピエゾ圧電素子47の放電を開始し、ピエゾ圧電素子47
の放電が完了する前に充電制御用サイリスタ112をター
ンオンせしめた場合にも、充電制御用サイリスタ112お
よび放電制御用サイリスタ114が共にオン状態となり前
述と同様の問題を生ずる。

〔課題を解決するための手段〕

上記問題点を解決するために、本発明による請求項１
に記載の圧電素子放電制御装置は、内燃機関制御用の圧
電素子を充電させるための充電制御用サイリスタと、前
記圧電素子を放電させるための放電制御用サイリスタと
を直列に接続した圧電素子充放電制御装置において、機
関運転状態に応じて前記充電制御用サイリスタをオンせ
しめる第１タイミング及び前記放電制御用サイリスタを
オンせしめる第２タイミングを決定する決定手段と、前
記決定手段により決定された第１タイミング及び第２タ
イミングの少なくとも一方を、前記第１タイミングから
前記第２タイミングまでの時間が前記圧電素子の充電完
了時間以下とならないようにガード補正処理するガード
補正処理手段と、とを具備することを特徴とする。

また、本発明による請求項２に記載の圧電素子充放電
制御装置は、内燃機関制御用の圧電素子を充電させるた
めの充電制御用サイリスタと、前記圧電素子を放電させ
るための放電制御用サイリスタとを直列に接続した圧電
素子充放電制御装置において、機関運転状態に応じて前
記充電制御用サイリスタをオンせしめる第１タイミング
及び前記放電制御用サイリスタをオンせしめる第２タイ
ミングを決定する決定手段と、前記決定手段により決定
された第１タイミング及び第２タイミングの少なくとも
一方を、前記第２タイミングから前記第１タイミングま
での時間が前記圧電素子の放電完了時間以下とならない
ようにガード補正処理するガード補正処理手段、とを具
備することを特徴とする。

［作 用］ 請求項１に記載の圧電素子充放電制御装置は、決定手
段が、機関運転状態に応じて充電制御用サイリスタをオ
ンせしめる第１タイミング及び放電制御用サイリスタを
オンせしめる第２タイミングを決定し、ガード補正処理
手段が、決定手段により決定された第１タイミング及び
第２タイミングの少なくとも一方を、第１タイミングか
ら第２タイミングまでの時間が圧電素子の充電完了時間
以下とならないようにガード補正処理するために、圧電
素子の充電中において充電制御用サイリスタ及び放電制
御用サイリスタが共にオンとなることは防止される。

また、請求項２に記載の圧電素子充放電制御装置は、
決定手段が、機関運転状態に応じて充電制御用サイリス
タをオンせしめる第１タイミング及び放電制御用サイリ
スタをオンせしめる第２タイミングを決定し、ガード補
正処理手段が、決定手段により決定された第１タイミン
グ及び第２タイミングの少なくとも一方を、第２タイミ
ングから第１タイミングまでの時間が圧電素子の放電完
了時間以下とならないようにガード補正処理するため
に、圧電素子の放電中において放電制御用サイリスタ及
び充電制御用サイリスタが共にオンとなることは防止さ
れる。

〔実施例〕

本発明の圧電素子充放電制御装置を燃料供給装置に適
用した第１の実施例について説明する。

第４図に内燃機関の全体図を示す。第４図を参照する
と、１は機関本体、２は気筒、３は各気筒２に対して夫
々配置された燃料噴射弁、４は蓄圧室を夫々示し、蓄圧
室４は加圧燃料供給制御装置５および燃料ポンプ６を介
して燃料タンク７に接続される。燃料ポンプ６は加圧燃
料供給制御装置５に低圧の燃料を送り込むために設けら
れている。この低圧の燃料は加圧燃料供給制御装置５に
より高圧の燃料とされ、次いでこの高圧の燃料は蓄圧室
４内に供給される。蓄圧室４内に蓄わえられた高圧の燃
料は燃料分配管８および各燃料噴射弁３を介して各気筒
２内に噴射される。蓄圧室４内には蓄圧室４内の燃料圧
を検出する圧力センサ９が配置される。

第１図は加圧燃料供給制御装置５全体の側面断面図を
示す。この加圧燃料供給制御装置５は大きく別けると燃
料供給ポンプＡと、燃料供給ポンプＡと吐出量を制御す
る吐出量制御装置Ｂとにより構成される。第２図は燃料
供給ポンプＡの断面図を示しており、第３図は吐出量制
御装置Ｂの拡大側面断面図を示している。まず始めに第
１図および第２図を参照しつつ燃料供給ポンプＡの構造
について説明し、次いで第３図を参照しつつ吐出量制御
装置Ｂの構造について説明する。

第１図および第２図を参照すると、20は一対のプラン
ジャ、21は各プランジャ20によって形成される加圧室、
22は各プランジャ20の下端部に取付けられたプレート、
23はタペット、24はプレート22をタペット23に向けて押
圧する圧縮ばね、25はタペット23により回転可能に支承
されたローラ、26は機関によって駆動されるカムシャフ
ト、27はカムシャフト26上に一体形成されたカムを夫々
示し、ローラ25はカム27のカム面上を転動する。従って
カムシャフト26が回転せしめられるとそれに伴なって各
プランジャ20が上下動する。

第１図を参照すると、燃料供給ポンプＡの頂部には燃
料供給口28が形成され、この燃料供給口28は燃料ポンプ
６（第４図）の吐出口に接続される。この燃料供給口28
は燃料供給通路29および逆止弁30を介して加圧室21に接
続される。従ってプランジャ20が下降したときに燃料供
給通路29から加圧室21内に燃料が供給される。31はプラ
ンジャ20周りからの漏洩燃料を燃料供給通路29を返戻す
るための燃料返戻通路を示す。一方、第１図および第２
図に示されるように各加圧室21は対応する逆止弁32を介
して各加圧室21に対し共通の加圧燃料通路33に接続され
る。この加圧燃料通路33は逆止弁34を介して加圧燃料吐
出口35に接続され、この加圧燃料吐出口35は蓄圧室４
（第４図）に接続される。従ってプランジャ20が上昇し
て加圧室21内の燃料圧が上昇すると加圧室21内の高圧の
燃料は逆止弁32を介して加圧燃料通路33内に吐出され、
次いでこの燃料は逆止弁34および燃料吐出口35を介して
蓄圧室４（第４図）内に送り込まれる。一対のカム27の
位相は180度だけずれており、従って一方のプランジャ2
0が上昇工程にあって加圧燃料を吐出しているときには
他方のプランジャ20は下降工程にあって燃料を加圧室21
内に吸入している。従って加圧燃料通路33内には一方の
加圧室21から必ず高圧の燃料が供給されており、従って
加圧燃料通路33内には各プランジャ20によって常時高圧
の燃料が供給されて続けている。加圧燃料通路33からは
第１図に示すように燃料溢流通路40が分岐され、この燃
料溢流通路40は吐出量制御装置Ｂに接続される。

第３図を参照すると吐出量制御装置Ｂはそのハウジン
グ内に形成された燃料溢流室41と、燃料溢流通路40から
燃料溢流室41に向かう燃料流を制御する溢流制御弁42と
を具備する。溢流制御弁42は燃料溢流室41内に配置され
た弁部43を有し、この弁部43によって弁ポート44の開閉
制御が行なわれる。また、吐出量制御装置Ｂのハウジン
グ内には溢流制御弁42を駆動するためのアクチュエータ
45が配置される。このアクチュエータ45は吐出量制御装
置Ｂのハウジング内に摺動可能に挿入された加圧ピスト
ン46と、加圧ピストン46を駆動するためのピエゾ圧電素
子47と、加圧ピストン46によって画定された加圧室48
と、加圧ピストン46をピエゾ圧電素子45に向けて押圧す
る皿ばね49と、吐出量制御装置Ｂのハウジング内に摺動
可能に挿入された加圧ピン50とにより構成される。加圧
ピン50の上端面は溢流制御弁42の弁部43に当接してお
り、加圧ピン50の下端面は加圧室48内に露呈している。
なお、燃料溢流室41内には加圧ピン50を常時上方に向け
て付勢する皿ばね51が配置される。溢流制御弁42の上方
にはばね室52が形成され、このばね室52内には圧縮ばね
53が挿入される。溢流制御弁42はこの圧縮ばね53によっ
て常時下方に向けて押圧される。燃料溢流室41は燃料流
出孔54を介してばね室52内に連通しており、このばね室
52は燃料流出孔55、逆止弁56および燃料流出口57を介し
て燃料タンク７（第４図）に接続される。この逆止弁56
は通常燃料流出孔55を閉鎖するチェックボール58と、こ
のチェックボール58を燃料流出孔55に向けて押圧する圧
縮ばね59とにより構成される。更に燃料溢流室41は燃料
流出孔60、逆止弁61、ピエゾ圧電素子47の周囲に形成さ
れた燃料流出通路62および燃料流出口63を介して燃料タ
ンク７（第４図）に接続される。この逆止弁61は通常燃
料流出孔60を閉鎖するチェックボール64と、このチェッ
クボール64を燃料流出孔60に向けて押圧する圧縮ばね65
とにより構成される。また燃料溢流室41は絞り通路66お
よび逆止弁67を介して加圧室48内に接続される。この逆
止弁67は通常絞り通路66を閉鎖するチェックボール68
と、このチェックボール68を絞り通路に66に向けて押圧
する圧縮ばね69とにより構成される。この絞り通路66の
断面積は燃料流出孔60の断面積より小さく形成されてい
る。また、一対の逆止弁56,61の開弁圧はほぼ一定に設
定されており、逆止弁67の開弁圧はこれら逆止弁56,61
の開弁圧よりも低く設定されている。即ち、逆止弁56,6
1の圧縮ばね59,65のばね力はほぼ等しく、逆止弁67の圧
縮ばね69のばね力は圧縮ばね59,65のばね力よりも小さ
く設定されている。

ピエゾ圧電素子47はリード線70を介して電子制御ユニ
ット10（第４図）に接続されており、従ってピエゾ圧電
素子47は電子制御ユニット10の出力信号によって制御さ
れる。ピエゾ圧電素子47は多数の薄板状圧電素子を積層
した積層構造をなしており、ピエゾ圧電素子47に電荷を
チャージするとピエゾ圧電素子47は軸方向に伸長し、ピ
エゾ圧電素子47にチャージされた電荷をディスチャージ
するとピエゾ圧電素子47は軸方向に収縮する。燃料溢流
室41および加圧室48は燃料で満たされており、従ってピ
エゾ圧電素子47に電圧が印加されてピエゾ圧電素子47が
軸方向に伸長すると加圧室48内の燃料圧が上昇する。加
圧室48内の燃料圧が上昇すると加圧ピン50が上昇せしめ
られ、それに伴なって溢流制御弁42も上昇せしめられ
る。その結果、溢流制御弁42の弁部43が弁ポート44を閉
鎖し、その結果燃料溢流通路40から燃料溢流室41内への
燃料の溢流が停止せしめられる。従ってこのときプラン
ジャ20の加圧室21から加圧燃料通路33内（第２図）吐出
された全ての加圧燃料は蓄圧室４（第４図）内に送り込
まれる。

一方、ピエゾ圧電素子47への電圧の印加が停止せしめ
られてピエゾ圧電素子47が収縮すると加圧ピストン46が
下降するために加圧室48の容積が増大する。その結果、
加圧室48内の燃料圧が低下するために溢流制御弁42およ
び加圧ピン50は圧縮ばね53のばね力により下降し、斯く
して溢流制御弁42の弁体43が弁ポート44を開弁する。こ
のときプランジャ20の加圧室21から加圧燃料通路33（第
２図）内に吐出された全ての加圧燃料は燃料溢流通路40
および弁ポート44を介して燃料溢流室41内に送り込まれ
る。従ってこのときには蓄圧室４（第４図）内に加圧燃
料は供給されない。

燃料溢流通路40から燃料溢流室41内に溢流した燃料は
各燃料流出孔54,55,60および逆止弁56,61を介して燃料
タンク７（第４図）に返戻される。ところで各逆止弁5
6,61の開弁圧は大気圧よりも高い圧力に設定されてお
り、従って燃料溢流室41内の燃料圧は大気圧よりも高い
一定圧力に保持される。前述したようにピエゾ圧電素子
47にチャージされた電荷がディスチャージせしめられる
と加圧室48内の燃料圧が低下し、加圧室48内の圧力が逆
止弁67の開弁圧よりも低下すれば逆止弁67が開弁して燃
料溢流室41内の燃料が加圧室48内に供給される。なお、
逆止弁67の開弁圧がほぼ零となるように圧縮ばね69のば
ね力を極めて弱くしておけば加圧室48内の圧力は燃料溢
流室41内の圧力とほぼ等しくなる。いづれにしても加圧
室48は加圧燃料によって満たされることになる。加圧室
48内の燃料が漏洩して加圧室48内に空間ができるとピエ
ゾ圧電素子47に電圧を印加したときに加圧室48内の燃料
圧が上昇せず、従って溢流制御弁42を上昇させることが
できないという問題を生ずる。従って加圧室48内は常時
燃料で満たしておく必要があり、そのために燃料溢流室
41を大気圧以上に保持し、燃料溢流室41から加圧室48に
向けてのみ流通可能な逆止弁67を設けている。

第５図は第４図に示す燃料噴射弁３の拡大側面断面図
を示す。第５図を参照すると燃料噴射弁３はそのハウジ
ング80内に摺動可能に挿入されてノズル口81の開閉制御
をするニードル82と、ニードル82の円錐状受圧面83周り
に形成されたニードル加圧室84と、ハウジング80内に摺
動可能に挿入されたピストン85と、ハウジング80とピス
トン85間に挿入されたピエゾ圧電素子86と、ピストン85
をピエゾ圧電素子86に向けて付勢する皿ばね87と、ニー
ドル82とピストン85間に形成された圧力制御室88と、ニ
ードル82をノズル口81に向けて付勢する圧縮ばね89とを
具備する。圧力制御室88はニードル82周りに形成された
絞り通路90を介してニードル加圧室84に連結され、ニー
ドル加圧室84は燃料通路91および燃料分配管８（第４
図）を介して蓄圧室４内に連結される。従ってニードル
加圧室84内には蓄圧室４内の高圧の燃料が導かれ、この
高圧燃料の一部は絞り通路90を介して圧力制御室88内に
送り込まれる。斯くしてニードル加圧室84内および圧力
制御室88内の燃料圧は蓄圧室４内とほぼ同じ高圧となっ
ている。

ピエゾ圧電素子86にチャージされた電荷がディスチャ
ージされてピエゾ圧電素子86が収縮するとピストン85が
上昇するために圧力制御室88内の燃料圧が急激に低下す
る。その結果、ニードル82が上昇し、ノズル口81からの
燃料噴射が開始される。燃料噴射が行われている間、ニ
ードル加圧室84内の燃料が絞り通路90を介して圧力制御
室88に送り込まれるために圧力制御室88内の燃料圧は次
第に上昇する。次いでピエゾ圧電素子86に電荷がチャー
ジされてピエゾ圧電素子86が伸長するとピストン85が下
降するために圧力制御室88内の燃料圧が急激に上昇す
る。その結果、ニードル82が下降してノズル口81を閉鎖
し、斯くして燃料噴射が停止せしめられる。燃料噴射が
停止されている間、圧力制御室88内の燃料が絞り通路90
を介してニードル加圧室84内に流出するために圧力制御
室88内の燃料圧は徐々に低下し、元の高圧に戻る。

第４図を参照すると、電子制御ユニット10はディジタ
ルコンピュータからなり、双方向性バス100によって相
互に接続されたROM（リードオンリメモリ）101、RAM
（ランダムアクセスメモリ）102、CPU（マイクロプロセ
ッサ）103、入力ポート104および出力ポート105を具備
する。圧力センサ９は蓄圧室４内の燃料圧に比例した出
力電圧を発生し、この出力電圧はAD変換器106を介して
入力ポート104に入力される。また、入力ポート104には
例えばクランクシャフトが30度回転する毎に出力パルス
を発生するクランク角センサ107が接続され、このクラ
ンク角センサ107の出力パルスから機関回転数が計算さ
れる。さらに、入力ポート104にはクランクシャフトが3
60度回転する毎に出力パルスを発生するクランク基準位
置センサ110が接続される。一方、出力ポート105は駆動
回路108を介してアクチュエータ45のピエゾ圧電素子47
に接続される。

第６図にピエゾ圧電素子47の充放電を制御するための
駆動回路108の回路図を示す。第６図を参照すると駆動
回路108は定電圧源110と、定電圧源110によって充電さ
れるコンデンサ111と、充電制御用サイリスタ112と、充
電用コイル113と、放電制御用サイリスタ114と、放電用
コイル115からなる。

第７図に示すようにデューティ信号がローレベル（以
下「Ｌレベル」という）からハイレベル（以下「Ｈレベ
ル」という）に変化するときに充電制御用サイリスタ11
2のゲートにトリガパルスが与えられる。これにより充
電制御用サイリスタ112がターンオンせしめられるとコ
ンデンサ111に充電された電荷が充電用コイル113を介し
てピエゾ圧電素子47に充電される。その結果、ピエゾ圧
電素子47が伸長するために溢流制御弁42が開弁する。ピ
エゾ圧電素子47の充電が完了すると充電制御用サイリス
タ112はターンオフする。次いでデューティ信号がＨレ
ベルからＬレベルに変化するときに放電制御用サイリス
タ114のゲートにトリガパルスが与えられる。これによ
り放電制御用サイリスタ114がターンオンせしめられる
とピエゾ圧電素子47に充電された電荷が放電用コイル11
5を介して放電される。その結果、ピエゾ圧電素子47が
収縮するために溢流制御弁42が開弁する。ピエゾ圧電素
子47の放電が完了すると放電制御用サイリスタ114はタ
ーンオフする。

前述したように溢流制御弁42が開弁せしめられるとプ
ランジャ20の加圧室21から加圧燃料通路33内に吐出され
た全ての加圧燃料は溢流制御弁42を介して溢流せしめら
れる。従ってこのときには蓄圧室４に加圧燃料は供給さ
れない。これに対して溢流制御弁42が閉弁せしめられる
とプランジャ20の加圧室21から吐出された全ての加圧燃
料が蓄圧室４内に供給され、その結果蓄圧室４内の燃料
圧は上昇せしめられる。

ところで各燃料噴射弁３から噴射される燃料量は蓄圧
室４内の燃料圧と燃料噴射時間で定まり、通常蓄圧室４
内の燃料圧は予め定められた目標燃料圧に維持される。
一方、各気筒毎についてみると各気筒へは720クランク
角の間に必要な量の燃料が噴射され、従って蓄圧室４内
の燃料は一定クランク角毎に減少していくことになる。
従って蓄圧室４内の燃料圧を目標燃料圧に維持するには
一定のクランク角毎に加圧燃料を蓄圧室４内に補給する
ことが好ましく、斯くして通常は一定クランク毎に溢流
制御弁42が閉弁せしめられてプランジャ20の加圧室21か
ら吐出された加圧燃料が蓄圧室４内に補給され、次いで
再び溢流制御弁42が閉弁せしめられるまで溢流制御弁42
は開弁状態に保持される。この場合、一定クランク角の
間で溢流制御弁42が閉弁しているクランク角の割合が大
きくなれば蓄圧室４内に補給される加圧燃料の量が増大
する。ここで第７図に示されるように一定のクランク角
θ_０の間で溢流制御弁42が閉弁しているクランク角θの
割合、即ち一定のクランク角θ_０の間でピエゾ圧電素子
47が伸長せしめられているクランク角θの割合をデュー
ティ比DT（＝θ／θ_０）と称するとデューティ比DTが大
きくなるほど蓄圧室４内に補給される加圧燃料の量が増
大することになる。

第１図に示す実施例では燃料供給ポンプＡは機関の1/
2の回転速度で回転せしめられており、従って各プラン
ジャ20の加圧室21からの加圧燃料吐出率は第８図に示す
ように360クランク角（CA）毎に変動を繰返す。第８図
に示されるように、デューティ信号は予め定められた一
定のクランク角位置θ_UPにおいてＬレベルからＨレベル
に立ち上げられ、機関運転状態に応じて計算されたＨレ
ベル時間TDTの間だけＨレベルとされる。

第９図にはＨレベル時間TDTを計算するためのルーチ
ンを示す。このルーチンは360クランク角毎の割込みに
よって実行される。

第９図を参照すると、まず初めにステップ200におい
てクランク角センサ107の出力パルスに基き計算された
機関回転数Ｎが読込まれ、次いでステップ201において
蓄圧室４内の燃料圧Ｐを表す圧力センサ９の出力信号が
読込まれる。ステップ203では蓄圧室４内の燃料圧Ｐが
目標燃料圧P₀よりも高いか否かが判別される。Ｐ＞P₀の
ときにはステップ204に進んでデューティ比DTから予め
定められた一定値αが減算される。次いでステップ205
ではデューティ比DTが負になったか否かが判別され、DT
＜０であればステップ206に進んでデューティ比DTが零
とされ、ステップ207に進む。ステップ205においてDT≧
０であればステップ207に進む。一方、ステップ203にお
いてＰ≦P₀と判別されたときにはステップ208に進んで
デューティ比DTに一定値αが加算される。次いでステッ
プ209ではデューティ比DTが0.95よりも大きいか否かが
判別され、DT＞0.95であればステップ210に進んでデュ
ーティ比DTが0.95とされ、ステップ207に進む。DT≦0.9
5であればステップ207に進む。ステップ207では回転機
関数Ｎから機関クランクシャフトが360度回転するのに
要する時間Ｔが計算され、ステップ211に進む。ステッ
プ211では時間Ｔにデューティ比DTを乗算することによ
ってＨレベル時間TDTが計算される。

第10図にはデューティ信号を制御するためのルーチン
を示す。このルーチンは一定クランク角毎の割込みによ
って実行される。

第10図を参照するとステップ220においてクランク角
θがθ_UPか否か判定される。クランク角θがθ_UPでない
とき、何も実行せずに本ルーチンを終了する。θ＝θ_UP
のとき、ステップ221に進みデューティ信号をＬレベル
からＨレベルに立ち上げる。次いでステップ222に進
み、ダウンカウントタイマをTDTにセットしてタイマカ
ウントを開始して本ルーチンを終了する。ダウンカウン
トタイマが０になるとデューティ信号をＨレベルからＬ
レベルに下げる。

従来の燃料供給ポンプ制御装置では、ピエゾ圧電素子
47はこのようにして制御されるデューティ信号によって
駆動され、ピエゾ圧電素子47が伸長せしめられている時
間がこのＨレベル時間TDTとなるようにサイリスタ112,1
14の制御データが出力ポート105に出力される。従って
蓄圧室４内の燃料圧Ｐが目標燃料圧P₀よりも高くなれば
Ｈレベル時間TDTが減少せしめられるので蓄圧室４内へ
の加圧燃料の供給量が減少し、斯くして蓄圧室４内の燃
料圧Ｐが低下する。一方、蓄圧室４内の燃料圧Ｐが目標
燃料圧P₀よりも低くなればＨレベル時間TDTが増大せし
められるので蓄圧室４内の燃料圧Ｐが上昇する。斯くし
て蓄圧室４内の燃料圧Ｐは目標燃料圧P₀に維持される。

以上のように従来の燃料供給ポンプ制御装置では、予
め定められた一定のクランク角位置θ_UPにおいて充電制
御用サイリスタ112がターンオンせしめられてピエゾ圧
電素子47が充電され、ピエゾ圧電素子47に電荷が充電さ
れたときからＨレベル時間TDT経過した時点において放
電用サイリスタ114がターンオンせしめられてピエゾ圧
電素子47に充電された電荷が放電される。

ところで第８図に示すように、機関が一定の速度で運
転されている場合には、第９図のステップ207,208,209
および210によって、Ｈレベル時間TDTはクランクシャフ
トが360度の回転するのに要する時間Ｔの95％を超える
ことはない。

ところが第11図に示すように機関回転数Ｎが急激に増
大する場合においては、Ｈレベル時間TDTは360クランク
角内において計算された一定値であるが、クランクシャ
フトが360度回転するのに要する時間Ｔは急激に短縮さ
れる。このため、ＴがTDTに近づき、第11図においてt₁,
t₂で示されるようにデューティ信号の立ち下げ時期t₁と
立ち上げ時期t₂が非常に接近する。デューティ信号の立
ち下げ時期と立ち上げ時期が接近しすぎると、第６図に
おいて放電制御用サイリスタ114がターンオンされてピ
エゾ圧電素子47を放電している期間中に充電制御用サイ
リスタ112がターンオンされることとなる。すなわち放
電制御用サイリスタ114がターンオフせしめられる前に
充電制御用サイリスタ112がターンオンされるため、放
電制御用サイリスタ114および充電制御用サイリスタ112
が共にオン状態となる。この結果充電制御用サイリスタ
112、充放電用コイル113,115および放電制御用サイリス
タ114によって低抵抗の回路が構成され、この回路に大
電流が流れ続けるため、サイリスタ112および114が焼損
してしまうという問題がある。

そこで本発明の第１の実施例では、第11図に示すよう
に、クランク角センサ107によって発生せしめられる30
クランク角毎のＮパルスと、クランク基準位置センサ11
0によって発生せしめられる360クランク角毎のＧパルス
とからマスキング信号を発生させ、このマスキング信号
とデューティ信号との論理積をとることによって求めら
れる圧電素子制御信号に基づいてサイリスタ112,114を
充放電制御せしめるようにしている。

第11図を参照すると、Ｇパルス発生直後のＮパルスN₁
発生時点においてマスキング信号をＨレベルからＬレベ
ルに下げる。ＮパルスN₁は上死点を示しておりＧパルス
と５度の位相差を有する。次いでN₁から２つ目のＮパル
スN₂発生時点においてマスキング信号をＬレベルからＨ
レベルに立ち上げる。このマスキング信号の立ち上げ時
期N₂はデューティ信号の立ち上げ時期θ_UPと一致してい
る。マスキング信号はこのように発生せしめられ、従っ
て、マスキング信号は、上死点をクランク角０度とする
と、クランク角０度においてＨレベルからＬレベルに下
げられ、クランク角60度までＬレベルとされ、クランク
角60度においてＬレベルからＨレベルに立ち上げられ、
クランク角360度までＨレベルに保持される信号であ
る。このマスキング信号とデューティ信号との論理積
（AND）をとることによって得られる圧電素子制御信号
は、デューティ信号がt₁,t₂の間のようにＬレベル期間
が非常に短かい場合においても、圧電素子制御信号のＬ
レベル期間は60クランク角以下となることはない。60ク
ランク角は、機関を高速回転させた場合においてもピエ
ゾ圧電素子47を放電完了させるために必要な時間より十
分大きな時間に対応する。従って放電制御用サイリスタ
114がターンオンせしめられて圧電素子47の放電が開始
され、次いで圧電素子47の放電が完了して放電制御用サ
イリスタ114がターンオフせしめられた後に充電制御用
サイリスタ112がターンオンせしめられることとなる。
斯くして、機関速度Ｎが急速に増大せしめられる場合に
おいても、従来のようにサイリスタ112および114が共に
オン状態となることはなく、従って駆動回路108がショ
ートしてサイリスタ112,114が焼損することを防止する
ことができる。

次に第12図および第13図を参照して第２の実施例につ
いて説明する。第１の実施例では放電制御用サイリスタ
114がターンオンせしめられる時期をマスキング信号に
よって所定時期より遅くならないようにしてサイリスタ
112,114が共にオン状態となることを防止するようにし
ているが、第２の実施例では充電制御用サイリスタ112
がターンオンせしめられる時期をマスキング信号によっ
て制御している。

第12図を参照すると180CAパルスはクランク角180度毎
に発生し、交互に上死点および下死点に一致している。
デューティ信号は上死点においてＬレベルからＨレベル
に立ち上げられ、Ｈレベル時間TDT後にＨレベルからＬ
レベルに下げられる。デューティ信号がＨレベルからＬ
レベルに下げられるときにマスキング信号もＨレベルか
らＬレベルに下げられ、同時にタイマがTSにセットされ
てダウンカウントが開始される。タイマカウントが０に
なった時点、すなわちマスキング信号がＨレベルからＬ
レベルに下げられた時点から時間TSが経過した時点にお
いてマスキング信号はＬレベルからＨレベルに立ち上げ
られる。時間TSはあらゆる機関運転状態においてピエゾ
圧電素子47の放電を完了するのに十分な時間である。こ
のマスキング信号とデューティ信号との論理積をとるこ
とによって求められる圧電素子制御信号に基づいてサイ
リスタ112,114を充放電制御せしめる。従って放電制御
用サイリスタ114がターンオンせしめられて圧電素子47
の放電が開始されてから時間TS以上経過しないと充電用
サイリスタ112がターンオンせしめられない。斯くして
機関速度Ｎが急速に増大せしめられる場合においても、
サイリスタ112,114が共にオン状態となることはなく、
従って駆動回路108がショートしてサイリスタ112,114が
焼損することを防止することができる。

以上の実施例においては放電制御用サイリスタ114が
ターンオンされてからターンオフする前に充電制御用サ
イリスタ112がターンオンされて駆動回路108が焼損する
場合について説明したが、デューティ信号のＨレベル時
間TDTが非常の短かくなった場合においても同様に駆動
回路108が焼損するおそれがある。すなわち、デューテ
ィ信号のＨレベル時間TDTが非常に短かくなると、第６
図において充電制御用サイリスタ112がターンオンされ
てピエゾ圧電素子47を充電している期間中に放電制御用
サイリスタ114がターンオンされることとなる。すなわ
ち充電制御用サイリスタ112がターンオフせしめられる
前に放電制御用サイリスタ114がターンオンされるた
め、放電制御用サイリスタ112および放電制御用サイリ
スタ114が共にオン状態となる。この結果充電制御用サ
イリスタ112、充放電用コイル113,115および放電制御用
サイリスタ114によって低抵抗の回路が構成され、この
回路に大電流が流れ続けるためサイリスタ112および114
が焼損してしまうという問題がある。

このため、第３の実施例では、第２の実施例におい
て、Ｈレベル時間TDTが時間TS以下となったときには、
蓄圧室４（第４図）内の燃料力Ｐに応じてＨレベル時間
TDTをＯまたはTSとして駆動回路108の焼損を防止するよ
うにしている。なおここで時間TSはあらゆる機関運転状
態においてピエゾ圧電素子を充電完了するために十分な
時間である。

第13図には第３の実施例のTDTを計算するためのルー
チンを示す。このルーチンは360クランク角毎の割込み
によって実行される。なおこのルーチンのステップ208
までは第９図に示すルーチンと同様であるため同一のス
テップ番号を付して説明を省略する。

第13図を参照するとステップ212ではＨレベル時間TDT
が時間TSより小さいか否か判定される。TDT≧TSであれ
ば、充電制御用サイリスタ112がターンオフする前に放
電制御用サイリスタ114がターンオンせしめられること
はないため、ステップ211で計算されたTDTをそのまま使
用する。TDT＜TSであれば、充電制御用サイリスタ112が
ターンオフする前に放電制御用サイリスタ114がターン
オンせしめられるおそれがあるため、ステップ213以下
に進んでTDTの値を補正する。ステップ213では蓄圧室４
内の燃料圧Ｐが目標燃料圧P₀よりも高いか否かが判別さ
れる。Ｐ＞P₀のときにはステップ214に進んでTDTはＯと
される。従ってこのときにはピエゾ圧電素子47は充電さ
れない。一方Ｐ≦P₀のときにはステップ215に進んでTDT
はTSとされる。このため充電制御用サイリスタ112がタ
ーンオンせしめられたときから時間TS後に放電制御用サ
イリスタ114がターンオンせしめられる。すなわち、充
電制御用サイリスタ112がターンオンせしめられてピエ
ゾ圧電素子47の充電が完了し、充電制御用サイリスタ11
2がターンオフせしめられた後に放電制御用サイリスタ1
14がターンオンせしめられることとなる。斯くしてＨレ
ベル時間TDTが短かくなっても、駆動回路108が焼損する
ことを防止することができる。

次に本発明の圧電素子充放電制御装置を燃料噴射弁に
適用した第４の実施例について説明する。

第14図は、電歪式燃料噴射弁を示している。同図にお
いて、301は先端にノズル口302を有するノズルボディを
示しており、ノズルボディ301内には噴射孔302を開閉可
能にニードル303が挿入されている。

ノズルボディ301はボディ304に嵌合され、燃料は燃料
導入口305、封止プラグ306の装着された燃料通路307、
燃料通路308、燃料溜り室309、蓄圧室310を介してノズ
ル口302から噴射される。ニードル303開閉による燃料噴
射の制御は、直接的にはノズル口302の直上流側のシー
ト部311で行われる。ニードル303には、テーパ状の受圧
面312が形成されており、受圧面312に燃料圧力を受ける
ことによりニードル303は開弁方向に動く。この受圧面3
12周りに燃料溜り室309が形成されている。蓄圧室310
は、燃料溜り室309とノズル口302との間に形成され、ノ
ズル口302近傍まで細長く延びている。この蓄圧室310の
通路断面積は、燃料溜り室309に至る燃料通路308の断面
積よりも大に形成されている。また、蓄圧室310の断面
積は、ノズル口302の総面積に比べ10倍以上とすること
が好ましく、さらに蓄圧室310の容積は、0.5cc以上確保
することが好ましい。

ニードル303の上端部は、ディスタンスピース313、ノ
ックピン314を介してボディ304接続され、この部分には
圧縮スプリング315が介装されている。ノズルボディ301
はリテーニングナット316によりボディ304に連結されて
いる。ニードル303の上部とノズルボディ301の内周面と
の間には、絞り通路である僅かなクリアランス317が形
成されており、このクリアランス317を介して燃料溜り
室309から燃料が上方に形成される圧力室318に充満され
るようになっている。

圧力室318は、ピストン319下端とボディ304上端との
間に形成され、圧力室318における燃料圧力はニードル3
03の開閉方向の力として作用できるようになっている。
ピストン319は、ケース320内に摺動可能に嵌挿され、皿
ばね321により上方に付勢されている。ケース320は、ノ
ックピン322により位置決めされ、圧力室318は、ピスト
ン319外周に設けられたＯリング323、バックアップリン
グ324によってシールされている。ケース320は、ナット
325を介してボディ304に固定されている。

ケース320内に伸縮作動可能な電歪式アクチュエータ3
26が設けられている。327は多数の薄板状圧電素子を積
層したピエゾ圧電素子であり、その両側にセラミックプ
レート328,329、金属プレート330,331が設けられてい
る。またピエゾ圧電素子327は絶縁性樹脂被膜345等の絶
縁体で被覆されており、ケース320との間に形成される
空間346に冷媒を循環させることにより冷却されてい
る。332は調整シムを示している。電歪式アクチュエー
タ326は、リード線333を介して接続された駆動制御回路
380により伸縮制御される。

燃料導入口305は、リザーバタンク335、高圧燃料ポン
プ336および低圧フィードポンプ347を介して燃料タンク
337に接続される。低圧フィールドポンプ347の上流部は
圧電素子冷却用導入管348を介して空間346に接続され
る。一方、低圧フィードポンプ347の下流部は圧電素子
冷却用返戻管349を介して空間346に接続される。

上記のように構成された燃料噴射弁においては、供給
されてくる燃料は、燃料導入口305、燃料通路307,308を
介して燃料溜り室309に送られ、さらにはクリアランス3
17を介して圧力室318、噴射孔側の蓄圧室310に充満され
る。ピエゾ圧電素子327は燃料噴射弁制御装置340によっ
て充放電される。ピエゾ圧電素子327が放電せしめられ
るとピエゾ圧電素子327は収縮し、受圧面312で受ける燃
料圧力によりニードル303がリフトしてノズル口302が開
弁され、ノズル口302から燃料が噴射される。一方、ピ
エゾ圧電素子327が充電されるとピエゾ圧電素子327は伸
長し、圧力室318の圧力が高まり、該圧力を介してニー
ドル303が下方に押されてノズル口302開弁され、噴射が
終了する。

第15図を参照すると燃料噴射弁制御装置340は電子制
御ユニット350と駆動回路360とを具備する。電子制御ユ
ニット350はディジタルコンピュータからなり、双方向
性バス351によって相互に接続されたROM（リードオンリ
メモリ）352、RAM（ランダムアクセスメモリ）353、CPU
（マイクロプロセッサ）354、入力ポート355および出力
ポート356を具備する。一方、駆動回路360は定電圧電源
361と、充電制御用サイリスタ362と、充電側コイル363
と、放電側コイル364と、放電制御用サイリスタ365と、
コンデンサ366とを具備する。ピエゾ圧電素子327の一方
の端子は電源361のマイナス側端子に接続される。ピエ
ゾ圧電素子327の他方の端子は一方では充電用コイル363
および充電制御用サイリスタ362を介して電源361のプラ
ス側端子に接続され、他方では放電用コイル364および
放電制御用サイリスタ365を介して電源361のマイナス側
端子に接続される。

機関回転数NEに比例した出力パルスを発生するクラン
ク角センサ370の出力パルスは入力ポート355に入力され
る。アクセルペダル（図示せず）の開度に応じた出力電
圧を発生するアクセル開度センサ371の出力電圧はA/Dコ
ンバータ357を介して入力ポート355に入力される。ピエ
ゾ圧電素子327の放電回路中に配置されたマグネットピ
ックアップコイル372は放電回路中を流れる放電電流を
検出し、この検出電流は電流−電圧変換器373で電圧に
変換される。ピエゾ圧電素子327の放電電流を示すこの
電圧はA/Dコンバータ358を介して入力ポート355に入力
される。

第16図は機関運転時におけるピエゾ圧電素子327の駆
動制御のタイムチャートを示す。

第16図において、（イ）において、開弁命令により、
サイリスタ365の制御信号が電子制御ユニット350から出
力されて放電制御用サイリスタ365がオンになる。放電
制御用サイリスタ365がオンになると放電電流I_Dが流れ
ピエゾ圧電素子327に充電された電荷が放電用コイル364
および放電制御用サイリスタ365を介して放電され、
（ロ）において放電が完了する。ピエゾ圧電素子327は
容量C_Pのコンデンサとみなすことができ、次式で示され
る時定数γ_Ｄで放電する。

ここで、L_Dは放電用コイル364のインダクタンス、C_P
はピエゾ圧電素子327の静電容量である。ピエゾ圧電素
子327の静電容量C_Pは温度が上昇するにつれて増大し、
従ってピエゾ圧電素子327の放電時間TD（第16図中の
（イ）−（ロ）間）は長くなる。例えばピエゾ圧電素子
327の20℃における放電時間TDは80μsecであり、120℃
でおける放電時間TDは130μsecとなる。放電時におい
て、放電用コイル364とピエゾ圧電素子327からなる発振
回路によってピエゾ圧電素子327の端子電圧は−200Vに
なる。ピエゾ圧電素子327に充電された電荷が放電され
るとピエゾ圧電素子327は収縮する。これにより圧力室3
18内の燃料圧が低下し、受圧面312に受ける燃料圧力に
よってニードル303がリフトしてノズル口302を開弁せし
めることとなる。（第14図参照）。

次いで（ハ）において、閉弁命令が送出されると充電
制御用サイリスタ362の制御信号により充電制御用サイ
リスタ362がオンになる。これにより、電源361からサイ
リスタ362および充電用コイル363を介して電荷がピエゾ
圧電素子327に充電され、（ニ）において充電が完了す
る。このときピエゾ圧電素子327の端子電圧は充電用コ
イル363とピエゾ圧電素子332からなる発振回路によって
電源361の電源300Vよりも高く600Vとなる。次いで充電
制御用サイリスタ362に逆方向の電圧が印加されるとサ
イリスタ62はオフとなる。これにより圧力室318内の燃
料圧が増大し、この圧力によってニードル303が下方に
押されてノズル口302が閉弁される（第14図参照）。

さらに（イ）と同様に放電制御用サイリスタ365がオ
ンとされ、ノズル口302が開弁され、以下同様の動作を
繰り返すこととなる。

ところで、例えば機関を高回転かつ高負荷で長時間運
転すると圧電素子327の温度が高くなる。圧電素子327の
温度が高くなると前述のように静電容量が大きくなり放
電時間TDが長くなる。そしてこの放電時間TDが長くなっ
て第16図中の点線TD′のように燃料噴射時間TIより長く
なると、放電制御用サイリスタ365がオンせしめられ放
電電流I_Dが流れているにもかかわらず、（ハ）において
ノズル口302閉弁せしめるため充電制御用サイリスタ362
がオンせしめられることとなってしまう。このため充電
制御用サイリスタ362、充放電用コイル363,364および放
電制御用サイリスタ365によって低抵抗の回路が構成さ
れ、電源361によりこの回路に大電流が流れ続けること
となる。斯くして、この大電流によってサイリスタ362
および365が破損してしまうという問題があった。

本実施例では、最小燃料噴射時間TI_minを、ピエゾ圧
電素子327の放電時間TDが増大するにつれて増大せし
め、最小燃料噴射時間TI_minが放電時間TDより小さくな
らないようにしている。

第17図を参照しつつ本実施例の動作について説明す
る。第17図に示されるルーチンは、例えば４気筒内燃機
関の場合クランク角180度毎の割込みによって実行され
る。第17図を参照すると、まずステップ380において機
関回転数NE、アクセル開度Ａおよび放電時間TDが読み込
まれる。機関回転数NEはクランク角センサ370の出力信
号に基づいて求められる。アクセル開度Ａはアクセル開
度センサ371の出力信号に基づいて求められる。さらに
放電時間TDはマグネットピックアップコイル372により
検出された放電電流I_Dから求められる。ステップ381で
はTDに一定値である余裕時間Ｆを加算し、これを最小燃
料噴射時間TI_minとする。この、余裕時間Ｆは、電子制
御ユニット350での演算処理やサイリスタの作動に要す
る時間等を確保するために設けたものである。ステップ
382では、アクセル開度Ａに基づいて要求燃料噴射時間T
Iが算出される。ステップ383では要求燃料噴射時間TIが
最小燃料噴射時間TI_min以下か否か判定される。要求燃
料噴射時間TIが放電時間TD以下のとき、前述のようにサ
イリスタ362,365が破損するので、ステップ384に進みTI
をTI_minとし、TIが常にTI_minより小さくならないように
して本ルーチンを終了する。ステップ383でTIがTI_minよ
り大きいとき、TIは算出された値を保持して本ルーチン
を終了する。このTIに基づいて、図示しない他のルーチ
ンによって燃料噴射が実行される。例えば放電時間TDが
100μsecで余裕時間Ｆが20μsecとすると最小燃料噴射
時間TI_minは120μsecとなる。ここで要求燃料噴射時間T
Iが200μsecの場合には最終的な燃料噴射時間TIはその
まま200μsecとされる。要求燃料噴射時間TIがTI_min以
下の例えば100μsecの場合、燃料噴射時間はTI_minすな
わち120μsecとされる。

以上のように本実施例によれば、燃料噴射時間は放電
時間より常に長いため、放電制御用サイリスタ365がオ
ンしている期間内に充電制御用サイリスタ362もオンす
ることはない。したがって、サイリスタ362,365が大電
流によって破損することはない。

また、最小燃料噴射時間を圧電素子の放電時間より常
に一定値だけ大きくなるように変化せしめているため、
圧電素子温度が高温でない範囲においては、最小燃料噴
射時間は小さくなるため微量の燃料噴射も精度良く実行
することができる。特に本実施例では、圧電素子冷却手
段を設けているため、機関発熱量が小さい低負荷時には
最小燃料噴射時間を充分小さくできるので、短絡を防止
しつつ微量噴射量制御をすることが可能で、低負荷運転
を良好に持続できる。

なお、本実施例ではマグネットピックアップコイル37
2によって放電電流I_Dを検出し、このI_Dに基づいて圧電
素子327の放電時間TDを求めたが他の方法によって放電
時間TDを求めてもよい。例えば圧電素子327の温度を検
出し、この圧電素子温度に基づいて放電時間TDを算出し
てもよい。第18図に示されるように放電時間TDは圧電素
子温度の上昇に応じて増大する。さらに、機関冷却水
温、圧電素子の端子電圧に基づいて放電時間TDを算出し
てもよい。

次に第19図を参照して第５の実施例について説明す
る。第４の実施例では圧電素子を放電させることにより
燃料噴射を開始すると共に圧電素子を充電させることに
より燃料噴射を停止する燃料噴射弁について説明した
が、第５の実施例では、圧電素子を充電させることによ
り燃料噴射を開始すると共に圧電素子を放電させること
により燃料噴射を停止する燃料噴射弁に本発明を適用し
た場合について説明する。

第19図を参照すると、390は燃料噴射弁本体、391はノ
ズル、392はスペーサ、393はノズル391およびスペーサ3
92を燃料噴射弁本体390に固定するためのノズルホル
ダ、394は燃料流入口、395はノズル391の先端部に形勢
された４個のノズル口を夫々示す。燃料噴射弁本体39
0、スペーサ392、ノズル391内には互いに直列に配置さ
れた制御ロッド396、加圧ピン397およびニードル398が
摺動可能に挿入される。制御ロッド396の上方には燃料
室399が形成され、この燃料室399は燃料流入口394を介
してリザーバタンク355（第14図）に連結される。従っ
て燃料室399内には蓄圧室335内の燃料圧が加わってお
り、燃料室399内の燃料圧が制御ロッド396の上面に作用
する。ニードル398は円錐状をなす受圧面400を有し、こ
の受圧面400の周りにニードル加圧室401が形成される。
ニードル加圧室401は一方では燃料通路402を介して燃料
室399に連結され、他方ではニードル398の周りに形成さ
れた環状の燃料通路403を介してノズル口395に連結され
る。燃料噴射弁本体390内には加圧ピン397を下方に向け
て付勢する圧縮ばね404が挿入され、ニードル398はこの
圧縮ばね404によって下方に押圧される。制御ロッド396
はその中間部に円錐状をなす受圧面405を有し、この受
圧面405を周りに制御ロッド加圧室406が形成される。加
圧室406は燃料噴射弁本体390内に形成されたシリンダ40
7内に連結せしめられ、このシリンダ407内には油圧ピス
トン408が摺動可能に挿入される。この油圧ピストン408
にはＯリング409が取り付けられている。

一方、燃料噴射弁本体390には油圧ピストン408を駆動
するための駆動装置410が取り付けられる。この駆動装
置410は燃料噴射弁本体390に固締されたケーシング411
と、油圧ピストン408およびケーシング410間に挿入され
たピエゾ圧電素子327からなっており、ピエゾ圧電素子3
27は第４の実施例と同様に冷却されている。油圧ピスト
ン408と燃料噴射弁本体390間には皿ばね413が挿入さ
れ、この皿ばね413のばね力によって油圧ピストン408は
ピエゾ圧電素子327に向けて押圧される。

制御ロッド加圧室406内の燃料が加圧されていない場
合にはニードル398には制御ロッド396の上面に作用する
下向きの力と、圧縮ばね404による下向きの力と、ニー
ドル398の受圧面400に作用する上向きの力が加わる。こ
のとき下向きの力の総和が上向きの力よりも若干大きく
なるように制御ロッド396の径、圧縮ばね404のばね力お
よびニードル398の受圧面400の面積が設定されている。
従って通常ニードル398には下向きの力が作用してお
り、斯くして通常ニードル398はノズル口395を閉鎖して
いる。次いでピエゾ圧電素子327に電圧が印加されると
ピエゾ圧電素子327が伸びるために油圧ピストン408が左
方に移動し、その結果制御ロッド加圧室406内の圧力が
上昇する。このとき制御ロッド396の受圧面405に上向き
の力が作用するために制御ロッド396が上昇し、斯くし
てニードル398が上昇するためにノズル口395から燃料が
噴射される。一方、ピエゾ圧電素子327への電圧の印加
が停止せしめられるとピエゾ圧電素子327は縮み、その
結果制御ロッド加圧室406内の燃料圧が低下するために
制御ロッド396およびニードル398が下降して燃料噴射が
停止せしめられる。なお、上述したように制御ロッド加
圧室406内の燃料が加圧されていない場合にニードル398
に作用する下向きの力の総和は上向きの力よりも若干大
きくなるように制御ロッド396の径、圧縮ばね404のばね
力およびニードル398の受圧面400の面積が定められてい
る。従って制御ロッド396の受圧面405に小さな上向きの
力を加えればニードル398を上昇させることができる。

なお、第５の実施例の燃料噴射弁制御装置は第４の実
施例と同様である（第15図参照）。ただし、マグネット
ピックアップコイル372は充電電流I_Cを検出するために
第15図において二点鎖線で示すように充電回路中に配置
される。

第20図には第５の実施例の動作説明図を示す。第20図
を参照すると、（ホ）において開弁命令が送出されると
充電制御用サイリスタ362がオンされピエゾ圧電素子327
が充電される。これによりノズル口395が開弁せしめら
れ燃料噴射が開始される。（ト）において閉弁命令が送
出されると、放電制御用サイリスタ365がオンせしめら
れ、これによりノズル口395が閉弁せしめられて燃料噴
射が停止される。充電時間TCは、第４の実施例の放電時
間と同様にピエゾ圧電素子の温度が高い程増大するた
め、点線で示すTC′のように燃料噴射時間TIより長くな
ると、前述と同様にサイリスタ362,365が破損する。従
って第４の実施例と同様に、最小燃料噴射時間TI_minが
充電時間TCより小さくならないようにする。第21図には
第５の実施例を実行するためのルーチンを示す。このル
ーチンは基本的には第４の実施例のルーチン（第17図参
照）と同様であり、異なるステップについて説明をす
る。ステップ420では機関回転数NE、アクセル開度Ａお
よび充電時間TCが読み込まれる。TCは充電回路中に設け
られたマグネットピックアップコイルにより検出された
充電電流I_Cに基づいて算出される。ステップ421ではTC
に一定値である余裕時間Ｆを加算し、これをTI_minとす
る。以下のステップは第４の実施例と同様である。

本実施例によっても第４の実施例と同様の効果を奏す
ることができる。

〔発明の効果〕

充電制御用サイリスタおよび放電制御用サイリスタが
共にオンとなることはないので、圧電素子充放電制御装
置が短絡して破損することを防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は加圧燃料供給制御装置の側面断面図、第２図は
第１図のII−II線に沿ってみた燃料供給ポンプの断面
図、第３図は第１図の吐出量制御装置の拡大側面断面
図、第４図は内燃機関の全体図、第５図は燃料噴射弁の
側面断面図、第６図はピエゾ圧電素子の駆動回路図、第
７図はデューティ信号および溢流制御弁の作動を示すタ
イムチャート、第８図は定常運転時におけるデューティ
信号のタイムチャート、第９図はＨレベル時間TDTを計
算するためのフローチャート、第10図はデューティ信号
を制御するためのフローチャート、第11図は第１の実施
例のマスキング信号および圧電素子制御信号のタイムチ
ャート、第12図は第２の実施例のマスキング信号および
圧電素子制御信号のタイムチャート、第13図は第３の実
施例のＨレベル時間TDTを計算するためのフローチャー
ト、第14図は第４の実施例の燃料噴射装置の全体構成
図、第15図は燃料噴射弁制御装置の構成図、第16図は第
４の実施例の動作説明図、第17図は第４の実施例を実行
するためのフローチャート、第18図は圧電素子温度と放
電時間との関係を示す線図、第19図は第５の実施例の燃
料噴射弁の縦断面図、第20図は５の実施例の動作説明
図、第21図は第５の実施例を実行するためのフローチャ
ートを示す。 47,327……ピエゾ圧電素子、 112,362……充電制御用サイリスタ、 114,365……放電制御用サイリスタ。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内燃機関制御用の圧電素子を充電させるた
   めの充電制御用サイルスタと、前記圧電素子を放電させ
   るための放電制御用サイリスタとを直列に接続した圧電
   素子充放電制御装置において、機関運転状態に応じて前
   記充電制御用サイリスタをオンせしめる第１タイミング
   及び前記放電制御用サイリスタをオンせしめる第２タイ
   ミングを決定する決定手段と、前記決定手段により決定
   された第１タイミング及び第２タイミングの少なくとも
   一方を、前記第１タイミングから前記第２タイミングま
   での時間が前記圧電素子の充電完了時間以下とならない
   ようにガード補正処理するガード補正処理手段、とを具
   備することを特徴とする圧電素子充放電制御装置。
2. 【請求項２】内燃機関制御用の圧電素子を充電させるた
   めの充電制御用サイリスタと、前記圧電素子を放電させ
   るための放電制御用サイリスタとを直列に接続した圧電
   素子充放電制御装置において、機関運転状態に応じて前
   記充電制御用サイリスタをオンせしめる第１タイミング
   及び前記放電制御用サイリスタをオンせしめる第２タイ
   ミングを決定する決定手段と、前記決定手段により決定
   された第１タイミング及び第２タイミングの少なくとも
   一方を、前記第２タイミングから前記第１タイミングま
   での時間が前記圧電素子の放電完了時間以下とならない
   ようにガード補正処理するガード補正処理手段、とを具
   備することを特徴とする圧電素子充放電制御装置。