JP3716532B2 - 燃料噴射装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料噴射装置に関し、特に、ＰＺＴアクチュエータにより駆動される燃料噴射弁を備えた燃料噴射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、例えば特公平７−７２５１３号に開示される如く、ＰＺＴアクチュエータにより駆動される燃料噴射弁を備えた燃料噴射装置が公知である。燃料噴射弁は、ＰＺＴアクチュエータの伸縮変形に応じて変位される弁体と、該弁体の変位に応じて開閉されるノズルとを備えている。従って、ＰＺＴアクチュエータの伸縮変形に応じてノズルが開閉されることで、燃料噴射のオンオフが制御される。一般に、ＰＺＴアクチュエータは高い時間応答性を有している。このため、上記従来の燃料噴射装置によれば、燃料噴射のオン・オフが高速で切り替えられることで、燃料噴射量を広い範囲で正確に制御することが可能とされる。
【０００３】
ところで、一般にＰＺＴアクチュエータは温度の低下に応じて静電容量が小さくなる特性を有している。また、ＰＺＴアクチュエータの伸び量は充電された電荷量に比例している。従って、ＰＺＴアクチュエータに一定の電圧が付与された場合、温度の低下に応じてチャージされた電荷量が減少し、これに応じて、ＰＺＴアクチュエータの変形量は小さくなる。かかるＰＺＴアクチュエータの温度依存性を補償するため、上記従来の燃料噴射装置においては、ＰＺＴアクチュエータの温度上昇に応じてＰＺＴアクチュエータに付与する電圧を減少させることとしている。従って、上記従来の燃料噴射装置によれば、温度変化にかかわらずＰＺＴアクチュエータの伸縮変形量が一定に維持される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述の如く、ＰＺＴアクチュエータは高い時間応答性を有している。このため、上記従来の燃料噴射装置において、ＰＺＴアクチュエータは高速で収縮変形し、これに伴って、弁体によるノズルの開閉も高速で行なわれる。このように、燃料噴射弁が高速で動作することによって大きな動作音が発生し、特に、アイドル運転時等の比較的静寂な車両の運転状態において、運転者に違和感を与えてしまうことになる。
【０００５】
また、上述の如く、ＰＺＴアクチュエータの静電容量は温度に依存して変化する。ＰＺＴアクチュエータの静電容量が変化すると、ＰＺＴアクチュエータを駆動する駆動回路の時定数も変化する。このため、上記従来の燃料噴射装置によれば、温度変化に応じてＰＺＴアクチュエータの動作速度が変化し、燃料噴射弁の応答性が一定に保たれなくなってしまう。
【０００６】
本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、ＰＺＴアクチュエータにより駆動される燃料噴射弁を備えた燃料噴射装置において、ＰＺＴアクチュエータの動作速度を制御することにより、燃料噴射弁の動作音により運転者に違和感を与えるのを防止すると共に、温度変化にかかわらず燃料噴射弁の応答性を一定に維持することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的は、請求項１に記載する如く、ＰＺＴアクチュエータにより駆動される燃料噴射弁と、前記ＰＺＴアクチュエータを駆動する共振回路とを備える燃料噴射装置であって、
ＰＺＴアクチュエータの静電容量に影響を及ぼす部位の温度情報又はＰＺＴアクチュエータの静電容量の変化に応じた情報を検出する情報検出手段と、
該情報検出手段により検出された情報に基づいて、前記共振回路の共振周波数を変化させる共振周波数変化手段とを備える燃料噴射装置により達成される。
【００１０】
本発明において、共振回路の共振周波数はＰＺＴアクチュエータの静電容量に依存して変化する。一般に、ＰＺＴアクチュエータの静電容量は温度変化に応じて変化する。従って、温度変化に応じて共振回路の共振周波数は変化する。共振周波数変化手段は温度に応じた情報に基づいて、共振回路の共振周波数を変化させる。この結果、静電容量の変化に起因する共振周波数の変化が補償される。ＰＺＴアクチュエータの応答性は共振回路の共振周波数に応じて変化する。従って、温度変化に伴ってＰＺＴアクチュエータの応答性が変化することが防止され、これにより、燃料噴射弁の応答性は温度変化にかかわらず一定に維持される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の一実施例である燃料噴射装置について説明する。図１は、本実施例の燃料噴射装置が備える燃料噴射弁１０の構成図である。図１に示す如く、燃料噴射弁１０はハウジング１２を備えている。ハウジング１２はその内部の図１中上部にピストン室１２ａを備えていると共に、図１中下面に開口するノズル室１２ｂを備えている。ピストン室１２ａとノズル室１２ｂとは通路１２ｃにより互いに連通されている。
【００１２】
ハウジング１２のピストン室１２ａの内部の図１中上底面にはＰＺＴアクチュエータ１４が固定されている。ＰＺＴアクチュエータの図１中下面にはピストン１６が連結されている。ＰＺＴアクチュエータ１４は端子１４ａ、１４ｂ間に電圧が付与されると図１中上下方向に伸びるように構成されている。従って、端子１４ａ、１４ｂ間に付与される電圧がオンオフされることにより、ＰＺＴアクチュエータ１４に伸縮変形が生じ、かかる伸縮変形に伴ってピストン１６は図１中上下方向に変位する。
【００１３】
ハウジング１２のノズル室１２ｂにはノズル１８が図１中下向きに突出して伸びるように取り付けられている。ノズル１８の図１中下端部には噴射口１８ａが設けられている。ノズル１８の内部にはプランジャ２０が図１中上下方向に摺動可能に、かつ、ノズル１８の内面との間に僅かな流体の流れを許容する隙間を形成するように配設されている。ノズル１８の内部のプランジャ２０より図１中下方にはノズル室１８ｂが画成されている。なお、ピストン１６とプランジャ２０との間に画成された空間を、以下、液圧室２２と称する。
【００１４】
プランジャ２０と、ハウジング１２のノズル室１２ｂの底面との間にはスプリング２４が配設されている。スプリング２４はプランジャ２０を図１中下向きに付勢している。また、プランジャ２０の図１中下端面にはニードル２６が連結されている。ニードル２６の先端部には弁体２６ａが固定されている。ニードル２６がプランジャ２０と共に図１中上下方向に変位することで、弁体２６ａが噴射口１８ａを開閉させる。ノズル１８には、ノズル室１８ｂと、図示しない燃料ポンプとを連通する燃料供給通路２８が連通している。ノズル室１８ｂには燃料供給通路２８を介して高圧の燃料が供給される。
【００１５】
次に、燃料噴射弁１０の動作について説明する。なお、常態において、ＰＺＴアクチュエータ１４の端子１４ａ、１４ｂには所定の電圧が付与されており、従って、ＰＺＴアクチュエータ１４は伸張状態にある。上述の如く、プランジャ２０とノズル１８の内面との間には僅かな流体の流れを許容する隙間が形成されている。このため、ノズル室１８ｂに燃料が供給された場合、定常的にはノズル室１８ｂ及び液圧室２２の液圧は互いに等しく維持される。かかる状態では、プランジャ２０はスプリング２４の発する付勢力によって、弁体２６ａが噴射口１８ａを閉塞するように、図１中下向きに変位されるため、燃料の噴射は遮断されている。
【００１６】
この状態から、ＰＺＴアクチュエータ１４の端子１４ａ、１４ｂへ付与された電圧がオフされると、ＰＺＴアクチュエータ１４は収縮し、ピストン１６は図１中上向きに変位する。この場合、液圧室２２内の圧力が急速に低下することでプランジャ２０に作用する力の均衡が崩れ、プランジャ２０はニードル２６と共に図１中上向きに変位する。このため、弁体２６ａが噴射孔１８ａから離脱し、噴射口１８ａが開放されることで、ノズル室１８ｂ内の燃料が噴射口１８ａから噴射される。この状態から、再びＰＺＴアクチュエータ１４の端子１４ａ、１４ｂ間に電圧が付与されると、液圧室２２の圧力は上昇し、プランジャ２０が図１中下向きに変位されることで、燃料噴射は遮断される。
【００１７】
このように、燃料噴射弁１０においてはＰＺＴアクチュエータ１４の端子１４ａ、１４ｂに付与する電圧がオフされると、ＰＺＴアクチュエータ１４が収縮変形することで燃料が噴射口１８ａから噴射され、一方、端子１４ａ、１４ｂに付与される電圧がオンされると、ＰＺＴアクチュエータ１４が伸張変形することで燃料の噴射が停止される。一般に、ＰＺＴアクチュエータは高い時間応答性を有している。このため、燃料噴射弁１０によれば、短い周期で燃料噴射をオンオフさせることができる。
【００１８】
図２に、本実施例の燃料噴射弁１０、及び、従前の電磁式燃料噴射弁について、燃料噴射を指令した期間の長さ（以下、指示噴射期間Ｔと称す）と、１回の噴射当たりの燃料噴射量Ｑとの関係を、それぞれ○印及び◆印で示す。なお、燃料噴射弁１０においては、指示噴射期間Ｔは、ＰＺＴアクチュエータ１４の端子１４ａ、１４ｂに付与する電圧をオフする期間の長さに相当している。
【００１９】
図２に示す如く、燃料噴射弁１０及び電磁式燃料噴射弁の何れにおいても、１回の噴射当たりの燃料噴射量Ｑは指示噴射期間Ｔに比例して変化している。従って、指示噴射期間Ｔを変化させることで、燃料噴射量Ｑを制御することができる。しかしながら、図２に示す如く、電磁式燃料噴射弁によれば、指示噴射期間Ｔが０．５ｍｓｅｃ以下の領域では、噴射弁が燃料噴射の指令に対して追従することができず、指示噴射期間Ｔと燃料噴射量Ｑとの間の直線性が損なわれている。一方、燃料噴射弁１０については、ＰＺＴアクチュエータ１４が高い応答性を有していることで、図２に示す如く、指示噴射期間Ｔが０．２ｍｓｅｃ以下の領域においても、指示噴射期間Ｔと燃料噴射量Ｑとの間の直線性が維持されている。このように、本実施例の燃料噴射弁１０によれば、電磁弁式燃料噴射弁と比較して、指示噴射期間Ｔのより短い領域まで燃料噴射量Ｑを正確に制御することができる。
【００２０】
また、図２からわかるように、燃料噴射弁１０と電磁弁式燃料噴射弁とを比較すると、同一の指示噴射期間Ｔに対する燃料噴射量Ｑは燃料噴射弁１０の方が大きい。即ち、燃料噴射弁１０においては、噴射口１８ａの開口面積を増大させることにより単位時間当たりの燃料噴射量を増加させているのである。一方、上述の如く、燃料噴射量Ｑを制御可能な指示噴射期間Ｔの下限値が低減されていることで、燃料噴射量Ｑの最小値は小さく抑制されている。このように、本実施例の燃料噴射弁１０によれば、従前の電磁式燃料噴射弁と比較して、燃料噴射量Ｑを広範囲で制御することができる。
【００２１】
次に、図３及び図４を参照して、燃料噴射弁１０のＰＺＴアクチュエータ１４を駆動する駆動回路の構成及びその動作について説明する。図３は、ＰＺＴアクチュエータ１４を駆動する駆動回路３０の回路図を示す。図３に示す如く、駆動回路３０はＤＣ−ＤＣコンバータ３２を備えている。ＤＣ−ＤＣコンバータ３２は端子３２ａ、３２ｂを備えている。ＤＣ−ＤＣコンバータ３２は、制御装置３３から付与される制御信号に応じて０Ｖ又は所定の正の電圧Ｅ0 の何れかの電圧をとる出力電圧Ｅを端子３２ａ、３２ｂ間に出力するように構成されている。ＤＣ−ＤＣコンバータ３２の端子３２ａには、充電コイル３４の一端が接続されている。充電コイル３４の他端は充電サイリスタ３６を介して、ＰＺＴアクチュエータ１４の端子１４ａに接続されている。一方、ＤＣ−ＤＣコンバータ３２の端子３２ａにはＰＺＴアクチュエータ１４の端子１４ｂが接続されている。また、ＰＺＴアクチュエータの端子１４ａと端子１４ｂとの間には、放電コイル３８及び放電サイリスタ４０が直列に接続されている。
【００２２】
充電サイリスタ３６及び放電サイリスタ４０は、それぞれの制御端子３６ａ、及び４０ａに電圧パルスが付与されることによりオン状態に切り替えられて電流を流通させると共に、オン状態において流通する電流の値がゼロとなった時点でオフ状態に復帰するように構成されている。また、制御装置３３により、ＤＣ−ＤＣコンバータ３２の出力電圧Ｅの立ち上がり、及び、立ち下がりに同期して、それぞれ、充電サイリスタ３６及び放電サイリスタ４０の制御端子３６ａ、及び４０ａに電圧パルスが付与される。
【００２３】
充電コイル３４及び放電コイル３８は、インダクタンス制御装置４２に接続されている。インダクタンス制御装置４２には、エンジン回転数Ｎｅを検出する回転数センサ４３、及び、アクセル開度Ｏａを検出するアクセル開度センサ４４が接続されている。後述する如く、充電コイル３４及び放電コイル３８のインダクタンスＬは、インダクタンス制御装置４２によって変化される。
【００２４】
図４は、ＰＺＴアクチュエータ１４の動作タイムチャートを示す。図４には、上段から順に、（ａ）ＤＣ−ＤＣコンバータ３２の出力電圧Ｅ（以下、制御電圧Ｅと称す）、（ｂ）充電サイリスタ３６のオン・オフ状態、（ｃ）放電サイリスタ４０のオン・オフ状態、（ｄ）ＰＺＴアクチュエータ１４に供給される電流（充電電流を正、放電電流を負で示す）、及び（ｅ）ＰＺＴアクチュエータ１４の端子１４ａ、１４ｂ間の電圧Ｖが示されている。
【００２５】
図４（ａ）に示す如く、時刻ｔ1 以前において、制御電圧Ｅは電圧Ｅ0 に維持されている。時刻ｔ1 において制御電圧Ｅが０Ｖに立ち下がると、（ｃ）に示す如くこれに同期して放電サイリスタ４０がオンされる。放電サイリスタ４０がオンされると、放電コイル３８のインダクタンスＬ、ＰＺＴアクチュエータ１４の静電容量Ｃ、及び回路抵抗ＲからなるＬＣＲ共振回路Ｃd が形成される。このため、ＰＺＴアクチュエータ１４に充電されていた電荷が放電されることにより放電電流が共振回路Ｃd を循環する。この場合、放電電流は次式で表される周期を有する発振電流となる。
【００２６】
ｔ＝２πＬ／√（４Ｌ／Ｃ−Ｒ2 ） （１）
ただし、上述の如く、放電サイリスタ４０は、オン状態に切り替えられた後、流通する電流値がゼロとなるとオフ状態に復帰する。このため、図４（ｄ）に示す如く、放電電流は時刻ｔ1 から１周期分が流れた後ゼロになる。この場合、図４（ｅ）に示す如く、ＰＺＴアクチュエータ１４から電荷が放電されることにより端子１４ａ、１４ｂ間の電圧Ｖは低下する。これに伴い、ＰＺＴアクチュエータ１４が収縮し、燃料噴射弁１０から燃料が噴射される。この場合、ＰＺＴアクチュエータ１４の収縮変形速度は、共振の周期ｔが短くなるほど大きくなる。従って、制御電圧が立ち下がった時刻ｔ1 から燃料の噴射が開始されるまでの遅れ時間は、上記時間ｔが小さくなるのに応じて短縮される。
【００２７】
時刻ｔ2 において、制御電圧Ｅが０ＶからＥ0 Ｖに立ち上がると、これに同期して図４（ｂ）に示す如く充電サイリスタ３６がオンされる。充電サイリスタ３６がオンされると、充電コイル３４のインダクタンスＬ、ＰＺＴアクチュエータ１４の静電容量Ｃ、及び回路抵抗ＲからなるＬＣＲ共振回路Ｃc が形成される。このため、ＤＣ−ＤＣコンバータ３２からＰＺＴアクチュエータ１４に対して充電電流が供給される。
【００２８】
上述の如く、充電サイリスタ３６は、オン状態に切り替えられた後、流通する電流値がゼロとなるとオフ状態に復帰する。このため、図４（ｄ）に示す如く、充電電流は時刻ｔ2 から１周期分のみが流れた後ゼロになる。かかる充電電流がＰＺＴアクチュエータ１４に供給されることで、図４（ｅ）に示す如く、ＰＺＴアクチュエータ１４の端子１４ａ、１４ｂ間の電圧Ｖは上昇する。これに伴ってＰＺＴアクチュエータ１４が伸張変形することで、燃料噴射弁１０からの燃料の噴射は遮断される。この場合、燃料噴射を開始する場合と同様に、制御電圧Ｅが立ち上がった時刻ｔ2 から燃料噴射が停止されるまでの遅れ時間は、周期ｔが短くなるのに応じて短縮される。なお、上述の如く、時間ｔは、ＰＺＴアクチュエータ１４の変形速度、即ち、燃料噴射弁１０の応答性を示すパラメータとみなすことができる。このため、以下、上記時間ｔを応答時間ｔとも称する。
【００２９】
上述の如く、ＰＺＴアクチュエータ１４は高い時間応答性を備えている。このため、応答時間ｔを短く設けることで、制御電圧Ｅの変化に対してＰＺＴアクチュエータ１４の伸縮変形を高速で追従させることができる。従って、制御電圧Ｅを０Ｖに維持する期間、即ち、噴射指示時間Ｔを短く設定することで、燃料噴射期間を短い領域まで制御することができ、これにより、燃料噴射量Ｑを小さな値まで正確に制御することができる。
【００３０】
なお、一般に、ＰＺＴアクチュエータに一定電圧が付与された状態での変形量は、温度が上昇するにつれて増加する。そこで、本実施例においては、温度上昇に応じてＤＣ−ＤＣコンバータ３２の出力する電圧Ｅ0 を減少させることにより、ＰＺＴアクチュエータ１４の変形量が温度に依存して変化することを防止している。
【００３１】
ところで、燃料噴射弁１０の動作時には、ＰＺＴアクチュエータ１４の伸縮変形に伴ってＰＺＴアクチュエータ１４自身から音が発生し、また、噴射口１８ａが開閉される際に、弁体２６ａと噴射口１８ａとの衝突に伴う衝突音が発生する。更に、ＰＺＴアクチュエータ１４の伸縮変形に伴うハウジング１２の変形や、ニードル室１８ａ内の燃料の圧力変化に伴う音も発生する。燃料噴射弁１０の動作時に生ずるこれらの動作音のレベルは、ＰＺＴアクチュエータ１４が高速で駆動されるほど高くなる。このため、特に、アイドリング運転時の如く、車両が比較的静粛な状態で運転されている状態で、ＰＺＴアクチュエータ１４が高速で変形されると、上記した燃料噴射弁１０の動作音が騒音として耳につきやすくなり、運転者に違和感を与えることになる。
【００３２】
これに対して、本実施例の燃料噴射装置は、車両の運転状態に応じて上記共振回路Ｃd 、Ｃc の共振の周期ｔ、即ち、応答時間ｔを変化させることで、運転者に違和感を与えるのを防止し得る点に特徴を有している。即ち、本実施例においては、アイドリング運転時等の静粛な運転状態において、応答時間ｔを増加させることでＰＺＴアクチュエータ１４の変形速度を低下させ、これにより、燃料噴射弁１０の動作音のレベルを低減させる。
【００３３】
上記（１）式からわかるように、応答時間ｔは、インダクタンスＬ、静電容量Ｃ、及び回路抵抗Ｒによって定められる。従って、Ｌ，Ｃ、又はＲの何れかを変化させることにより、応答時間ｔを変化させることができる。この場合、静電容量Ｃは、例えば共振回路Ｃd 、Ｃc に可変コンデンサを付加することにより変化させることができ、また、回路抵抗Ｒは回路に可変抵抗を付加することにより変化させることができる。しかしながら、回路抵抗Ｒを変化させると、抵抗による熱損失が変化する。このため、ＰＺＴアクチュエータ１４に付与されるエネルギーが変化することで、ＰＺＴアクチュエータ１４の伸縮量が変化してしまう。また、（１）式からわかるように、静電容量Ｃを変化させるよりも、インダクタンスＬを変化させる方が、応答時間ｔを大きく変化させることができる。そこで、本実施例においては、インダクタンス制御装置４２によって充電コイル３４及び放電コイル３８のインダクタンスＬを変化させることにより応答時間ｔを制御することとしている。
【００３４】
以下、図５を参照して、充電コイル３４、放電コイル３８、及び、インダクタンス制御装置４２の構成を説明する。なお、充電コイル３４及び放電コイル３８の構成は同一であるため、以下、充電コイル３４について代表的に説明する。
図５に示す如く、充電コイル３４はサブコイル５１、５２、及び５３を備えている。サブコイル５１、５２、５３は、それぞれ、インダクタンスＬ1 、Ｌ2 、Ｌ3 を有している。サブコイル５１の一端は端子３４ａに接続され、他端はスイッチング素子５５を介してサブコイル５２の一端に接続されている。サブコイル５２の他端はスイッチング素子５６を介してサブコイル５３の一端に接続されている。また、サブコイル５３の他端は端子３４ｂに接続されている。
【００３５】
スイッチング素子５５及び５６は、それぞれ、制御端子５５ａ、５６ａに通電されない状態（オフ状態）では、サブコイル５１及び５２を端子３４ｂ側に接続し、通電された状態（オン状態）では、サブコイル５１及び５２をそれぞれ隣接するサブコイル５２及び５３側に接続するように構成されている。スイッチング素子５５及び５６の制御端子５５ａ及び５６ａはインダクタンス制御装置４２に接続されている。従って、インダクタンス制御装置４２によってスイッチング素子５５及び５６のオンオフ状態を切り替えることができる。
【００３６】
表１に、スイッチング素子５５、５６のオン・オフ状態の各組み合わせに対する端子３４ａ、３４ｂ間のインダクタンスＬを示す。スイッチング素子５５、５６が共にオフ状態の場合（表１に示す状態Ｉ）においては、端子３４ａ、３４ｂ間にサブコイル５１のみが接続される。従って、この場合、インダクタンスＬはＬ1 となる。スイッチング素子５５がオン状態、スイッチング素子５６がオフ状態とされた場合（状態II) においては、端子３４ａ、３４ｂ間にサブコイル５１、５２が直列接続される。従って、この場合、インダクタンスＬは（Ｌ1 ＋Ｌ2 ）となる。更に、スイッチング素子５５、５６が共にオン状態とされた場合（状態III)においては、端子３４ａ、３４ｂ間にサブコイル５１、５２、５３が直列接続される。従って、この場合、インダクタンスＬは（Ｌ1 ＋Ｌ2 ＋Ｌ3 ）となる。
【００３７】
【表１】
【００３８】
インダクタンス制御装置４２は、上記状態Ｉ〜III の何れかが実現されるように、スイッチング素子５５、５６のオン・オフを制御する。これにより、インダクタンスＬは、Ｌ1 、（Ｌ1 ＋Ｌ2 ）、及び、（Ｌ1 ＋Ｌ2 ＋Ｌ3 ）の３段階に切り替えられる。
なお、スイッチング素子５５、５６はサイリスタの組み合わせや、リードリレー等により構成することができる。この場合、サイリスタあるいはリードリレーの動作速度は高速であるため、インダクタンスＬの切り替えを高速に行なうことができる。
【００３９】
上述の如く、本実施例において、インダクタンスＬはＬ1 〜（Ｌ1 ＋Ｌ2 ＋Ｌ3 ）の範囲で変化するため、Ｌ1 〜Ｌ3 を適切に選択することにより、広範囲のインダクタンスＬの変化を容易に実現することができる。なお、本実施例においては、３個のサブコイルを用いてインダクタンスＬを３段階に切り替えることとしているが、これに限らず、４個以上のサブコイルを用いてインダクタンスＬを４段階以上に切り替えることによって、より細かく、かつ広範囲のインダクタンスＬの変化を実現することとしてもよい。あるいは、装置の簡単化のため、２個のサブコイルを用いてインダクタンスＬを２段階に切り替えることとしてもよい。 本実施例の燃料噴射装置において、インダクタンス制御装置４２は、回転数センサ４３から出力されるエンジン回転数Ｎｅ、及び、アクセル開度センサ４４から出力されるアクセル開度Ｏａに基づいて車両の運転状態の静寂性を判断する。そして、その判断結果に基づいてインダクタンスＬを変化させることにより、車両の静寂性に応じて燃料噴射弁１０の動作音を適正に制御する。
【００４０】
表２は、上記機能を実現するべくインダクタンス制御装置４２が参照する表である。表２に示す如く、エンジンの回転数Ｎｅは、所定値未満Ｎの低回転領域と、所定値Ｎ以上の高回転数領域とに区分されている。また、アクセル開度Ｏａは、所定値Ａ1 未満の低開度領域、所定値Ａ1 以上所定値Ａ2 未満の中開度領域、及び、所定値Ａ2 以上の高開度領域に区分されている。インダクタンス制御装置４２はエンジン回転数Ｎｅ及びアクセル開度Ｏａがそれぞれ何れの領域にあるかを判別し、表２に基づいて、上記状態Ｉ、II、及びIII の何れかを実現することによりインダクタンスを「小」、「中」、「大」の３段階に変化させる。
【００４１】
【表２】
【００４２】
表２において、エンジン回転数Ｎｅが低回転数領域にあり、かつ、アクセル開度Ｏａが低開度領域にある場合には、車両はアイドリング運転等の比較的静寂な状態で運転されており、従って、燃料噴射弁１０の動作音は抑制されるべきと判断される。この場合、インダクタンス制御装置４２は、インダクタンスＬを「大」とすることにより、即ち、状態III を実現することにより応答時間ｔを増加させることで、燃料噴射弁１０の動作音を抑制する。かかる処理により、車両が静寂な状態で運転されている場合に、燃料噴射弁１０の動作音により運転者に違和感を与えることが防止される。
【００４３】
また、アクセル開度Ｏａが高開度領域にある場合、及び、エンジン回転数Ｎｅが高回転領域にあり、かつ、アクセル開度Ｏａが中開度領域にあると判別された場合には、車両の運転音は大きく、燃料噴射弁１０から多少の動作音が生じても運転者に違和感を与えることはないと判断される。また、エンジン回転数Ｎｅが高くなると、燃料噴射が可能な時間は短く制約されるため、燃料噴射弁１０の応答性を過度に低下させるのは好ましくない。従って、この場合には、インダクタンス制御装置４２はインダクタンスＬを「小」とすることにより、即ち、状態Ｉを実現することにより、応答時間ｔを減少させる。
【００４４】
更に、エンジン回転数Ｎｅが高回転数領域にあり、かつ、アクセル開度Ｏａが低開度領域にある場合、及び、Ｎｅが低回転数領域にあり、かつ、Ｏａが中開度領域にある場合には、車両の運転音は中程度であり、従って、燃料噴射弁１０の動作音も中程度に抑制するべきと判断される。この場合、インダクタンス制御装置４２はインダクタンスＬを「中」とすることにより、即ち、表１に示す状態IIを実現することにより、応答時間ｔを中間値に設定する。。
【００４５】
以上のように、本実施例によれば、インダクタンス制御装置４２がエンジン回転数Ｎｅ及びアクセル開度Ｏａに基づいて車両の静寂性を判断し、その結果に応じて燃料噴射弁１０の動作音を変化させることで、燃料噴射弁１０の動作音により運転者に違和感を与えるのを防止することができる。
なお、本実施例において上記所定値は、例えば、Ｎを１５００ｒｐｍ、Ａ1 を１５％、Ａ2 を３０％としている。ただし、所定値Ｎ、Ａ1 、Ａ2 はエンジン回転数Ｎｅ及びアクセル開度Ｏａと車両の運転音との関係より実験的に定められる値であり、エンジンの仕様に応じて変化する。また、エンジン回転数Ｎｅ及びアクセル開度Ｏａの組み合わせと、車両の運転音との間の関係は、運転者の運転操作によって変化することもある。従って、運転者の運転操作の特徴を学習し、その特徴に応じてこれらの所定値を最適に設定することとしてもよい。
【００４６】
また、上記実施例において、エンジン回転数Ｎｅを２つの領域、アクセル開度Ｏａを３つの領域に区分しているが、これに限らず任意の数の領域に区分してもよい。また、上記実施例においては、Ｎｅ及びＯａの各領域の組み合わせに応じてインダクタンスＬを３段階に切り替えることとしているが、上記した如く、充電コイル３４、放電コイル３８を構成するサブコイルの数を変更することで、任意の数の段階で切り替えることとしてもよい。
【００４７】
また、本実施例においては、エンジン回転数Ｎｅ及びアクセル開度Ｏａに基づいて車両の静寂性を判断することとしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、車速やエンジン負荷等に基づいて車両の静寂性を判断してもよい。あるいは、騒音センサを設けて、運転室内の音響レベルを直接検出することとしてもよい。
【００４８】
なお、インダクタンスＬを変化させて応答時間ｔを変化させた場合、ＰＺＴアクチュエータ１４に付与される充電電流のピーク値も変化する。充電電流のピーク値が増加した場合、回路抵抗による熱損失が増加するため、ＰＺＴアクチュエータ１４に供給される有効エネルギーが減少し、その結果、ＰＺＴアクチュエータ１４の伸び量も減少することとなる。従って、本実施例の構成によれば、インダクタンスＬを変化させることによって、ＰＺＴアクチュエータ１４の変形量を制御することも可能である。
【００４９】
ところで、充電コイル３４及び放電コイル３８のインダクタンスＬを変化させるための構成は図５に示す例に限られるものではなく、図６及び図７に示す構成によっても同様の目的を達成するとができる。
図６は、充電コイル３４のインダクタンスＬを変化させる構成の別の例を示す。図６に示す如く、インダクタンス制御装置４２にはモータ６０が接続されている。モータ６０の回転シャフト６０ａにはレバー６２が連結されている。モータ６０がインダクタンス制御装置４２から駆動信号が付与されることにより駆動されると、レバー６２は回転シャフト６０ａを回転軸として回転する。レバー６２の回転シャフト６０ａ側の端部は、端子３４ａに接続されている。
【００５０】
モータ６０の回転シャフト６０ａの周囲には、相異なるインダクタンスＬa 〜Ｌh を有する８個のコイル６６ａ〜６６ｈが放射状に配設されている。レバー６２が回転されるとその回転位置に応じて、レバー６２の外径側端部と、コイル６６ａ〜６６ｈのうち何れか１つの内径側の端部とが接続される。コイル６６ａ〜６６ｈの外径側端部は共に端子３４ｂへ接続されている。従って、レバー６２の回転位置に応じて、端子３４ａ、３４ｂ間にコイル６６ａ〜６６ｈのうちの何れか１つのコイルが接続される。
【００５１】
このように、図６に示す構成においては、インダクタンス制御装置４２によりモータ６０の回転角度、即ち、レバー６２の回転角度を制御することで、充電コイル３４のインダクタンスＬをＬa 〜Ｌh の８段階に切り替えることができる。なお、本構成においては８個のコイルを用いてインダクタンスＬを８段階に切り替えることとしているが、これに限らず、任意の数のコイルを用いてインダクタンスＬを任意の段階に切り替えることができる。
【００５２】
次に、図７は、充電コイル３４のインダクタンスＬを変化させる更に別の構成を示す。図７において、充電コイル３４は鉄心７０を備えている。鉄心７０はコの字型の鉄心本体７０ａと、アーム７０ｂとより構成されている。鉄心本体７０ａには巻線７２が巻回されている。巻線７２の両端は端子３４ａ、３４ｂに接続されている。アーム部７０ｂは鉄心本体７０ａの一方の端部に軸７０ｃの周りに回動可能に連結されていると共に、鉄心本体７０ａの他方の端部との間にギャップＧを形成している。軸７０ｃにはモータ７４の回転シャフトが連結されている。モータ７４はインダクタンス制御装置４２に接続されており、インダクタンス制御装置４２から駆動信号が付与されることで駆動される。モータ７４が駆動されると、アーム７０ｂが軸７０ｃを中心として回動されることによりギャップＧが変化される。ギャップＧが増加すると、巻線７２に通電された際に巻線７２と鎖交する磁束の大きさが減少する。このため、充電コイル３４のインダクタンスＬは減少する。同様に、ギャップＧが減少すると、インダクタンスＬは増加する。このように、図７に示す構成においては、インダクタンス制御装置４２からモータ７０へ付与する制御信号に応じて、充電コイル３４のインダクタンスＬを変化させることができる。
【００５３】
本構成においては、ギャップＧに応じてインダクタンスＬが変化するため、インダクタンスＬを連続的に変化させることができる。また、図５及び図６に示す構成と異なり、複数のコイルを設けることが不要であるため装置コストが低減されている。更に、本構成においては、機械的な接点が存在しないため、装置の信頼性、耐久性が向上されている。
【００５４】
なお、上記実施例においては、駆動回路３０が請求項１に記載した共振回路に、回転数センサ４３及びアクセル開度センサ４４が請求項１に記載した運転状態検出手段に、充電コイル３４、放電コイル３８、及びインダクタンス制御装置４２が請求項１に記載した共振周波数変化手段に、それぞれ相当している。ただし、上記したように、運転状態として回転数Ｎｅ、アクセル開度Ｏａの他、車速、エンジン負荷、運転室内の音響レベル等を用いることができる。
【００５５】
次に、本発明の第２実施例の燃料噴射装置について説明する。本実施例の燃料噴射装置は、インダクタンス制御装置４２が実行する処理の内容を除いて上記第１実施例の燃料噴射装置と同一の構成を有している。
上述の如く、図３に示す駆動回路３０において、温度変化にかかわらずＰＺＴアクチュエータ１４の伸縮量を一定に維持するため、ＤＣ−ＤＣコンバータ３２の出力する電圧Ｅ0 を温度上昇に応じて減少させることとしている。しかしながら、ＰＺＴアクチュエータ１４は、温度の上昇に応じてその静電容量Ｃが増加する特性を有している。このため、温度変化が生ずると、上記（１）式からわかるように、静電容量Ｃの変化に応じて応答時間ｔが変化し、ＰＺＴアクチュエータ１４の動作速度は変化してしまう。
【００５６】
本実施例の燃料制御弁は、温度変化が生じた場合に、ＰＺＴアクチュエータ１４の伸び量を一定に維持するのみならず、その動作速度をも一定に維持し得る点に特徴を有している。以下、かかる特徴部について説明する。
図８は、ＰＺＴアクチュエータ１４に付与される充電電流の波形が温度に応じて変化する様子を示している。図８に示す如く、低温になるほどＰＺＴアクチュエータ１４の静電容量Ｃが減少することで、応答時間ｔが短くなっている。この場合、上述の如く、ＰＺＴアクチュエータ１４の伸び量は一定に維持されるため、ＰＺＴアクチュエータ１４への充電量、即ち、充電電流の積分値は一定に維持される。このため、温度が低下して共振周期ｔが短くなるのに応じて、電流のピーク値Ｐは増大することになる。そこで、本実施例においては、インダクタンス制御装置４２により充電電流のピーク値Ｐを検出し、ピーク値Ｐと予め実験的に定めた所定の閾値ａ及びｂとの大小関係に基づいてインダクタンスＬを変化させることにより、応答時間ｔの変化を抑制することとしている。
【００５７】
即ち、インダクタンス制御装置４２はピーク値Ｐが所定の閾値ａを上回った場合には、温度低下に伴って応答時間ｔが小さくなっていると判断し、表１に示す状態III を実現することによりインダクタンスＬを「大」とする。一方、ピーク値Ｐが第２の所定の閾値ｂ（ｂ＜ａ）を下回った場合には温度上昇に伴って応答時間ｔが長くなっていると判断し、状態Ｉを実現することによりインダクタンスＬを「小」とする。更に、ピーク値Ｐがｂ以上ａ以下である場合には、状態IIを実現することによりインダクタンスＬを「中」とする。従って、ＰＺＴアクチュエータ１４に温度変化が生じた場合、静電容量Ｃの変化を補償するようにインダクタンスＬが増減されることで、応答時間ｔの変動が抑制される。
【００５８】
このように、本実施例によれば、温度変化に起因するＰＺＴアクチュエータ１４の応答速度の変化を抑制することができ、これにより、燃料噴射弁１０の応答性を温度変化にかかわらず一定に維持することができる。
なお、上記第２実施例において、充電電流のピーク値Ｐに基づいてインダクタンスＬを変化させることとしているが、本発明はこれに限定されるものではなく、ＰＺＴアクチュエータ１４の温度変化に応じて変化する任意の情報をインダクタンスＬを変化させる際の基準として用いることができる。例えば、図８に示す如く、応答時間ｔは温度の低下に応じて減少する。従って、応答時間ｔを充電電流の信号波形より検出し、応答時間ｔが所定値ｔa を上回った場合にインダクタンスＬを減少させ、ｔが所定値ｔb （ｔb ＜ｔa ）を下回った場合にインダクタンスＬを増加させることとしてもよい。
【００５９】
また、図４（ｅ）に示す如く、ＰＺＴアクチュエータ１４の端子１４ａ、１４ｂ間の電圧にはオーバーシュートが生ずる。図９は、端子１４ａ、１４ｂの電圧波形の温度による変化を示している。図９に示す如く、ＰＺＴアクチュエータ１４が低温になるほど、応答時間ｔが減少することに起因してオーバシュート量Ｓは増加する。従って、端子１４ａ、１４ｂ間の電圧波形よりオーバシュート量Ｓを検出し、オーバシュート量Ｓが所定値Ｓa を上回った場合にインダクタンスＬを増加させ、Ｓが所定値Ｓb （Ｓb ＜Ｓa ）を下回った場合にインダクタンスＬを減少させることとしてもよい。
【００６０】
あるいは、ＰＺＴアクチュエータ１４の温度Ｔｐを検出する温度センサを設け、温度Ｔｐが所定値Ｔa を上回った場合にインダクタンスＬを増加させ、温度Ｔｐが所定値Ｔb （Ｔb ＜Ｔa ）を下回った場合にインダクタンスＬを減少させることとしてもよい。この他、外気温等、ＰＺＴアクチュエータ１４の温度と相関をもって変化する任意の環境パラメータに基づいてインダクタンスＬを変化させてもよい。
【００６１】
なお、上記第２実施例においては、駆動回路３０が請求項に記載した共振回路に、充電コイル３４、放電コイル３８、及びインダクタンス制御装置４２が請求項に記載した共振周波数変化手段に、それぞれ相当している。また、インダクタンス制御装置４２が充電電流又はＰＺＴアクチュエータ１４の端子間電圧に基づいてピークＰ、時間ｔ、又はオーバシュートＳを検出することにより、あるいは、温度センサの出力に基づいて温度Ｔｐを検出することにより、請求項に記載した情報検出手段が実現されている。
【００６２】
【発明の効果】
本発明によれば、温度変化に伴って燃料噴射弁の応答性が変化するのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例である燃料噴射装置が備える燃料噴射弁の構成図である。
【図２】本実施例の燃料噴射弁の指示噴射期間と燃料噴射量との関係を従前の電磁式燃料噴射弁の場合と共に示す図である。
【図３】本実施例において燃料噴射弁を駆動するＰＺＴアクチュエータの駆動回路の構成図である。
【図４】図３に示す駆動回路の動作のタイムチャートである。
【図５】充電コイル（又は放電コイル）の構成をインダクタンス制御装置との接続関係と共に示す図である。
【図６】充電コイル（又は放電コイル）の別の構成を示す図である。
【図７】充電コイル（又は放電コイル）の更に別の構成を示す図である。
【図８】ＰＺＴアクチュエータに付与される充電電流の温度に応じた変化を示す図である。
【図９】ＰＺＴアクチュエータの端子間電圧の温度に応じた変化を示す図である。
【符号の説明】
１０ 燃料噴射弁
１４ ＰＺＴアクチュエータ
３０ 駆動回路
３４ 充電コイル
３８ 放電コイル
４２ インダクタンス制御装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料噴射装置に関し、特に、ＰＺＴアクチュエータにより駆動される燃料噴射弁を備えた燃料噴射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、例えば特公平７−７２５１３号に開示される如く、ＰＺＴアクチュエータにより駆動される燃料噴射弁を備えた燃料噴射装置が公知である。燃料噴射弁は、ＰＺＴアクチュエータの伸縮変形に応じて変位される弁体と、該弁体の変位に応じて開閉されるノズルとを備えている。従って、ＰＺＴアクチュエータの伸縮変形に応じてノズルが開閉されることで、燃料噴射のオンオフが制御される。一般に、ＰＺＴアクチュエータは高い時間応答性を有している。このため、上記従来の燃料噴射装置によれば、燃料噴射のオン・オフが高速で切り替えられることで、燃料噴射量を広い範囲で正確に制御することが可能とされる。
【０００３】
ところで、一般にＰＺＴアクチュエータは温度の低下に応じて静電容量が小さくなる特性を有している。また、ＰＺＴアクチュエータの伸び量は充電された電荷量に比例している。従って、ＰＺＴアクチュエータに一定の電圧が付与された場合、温度の低下に応じてチャージされた電荷量が減少し、これに応じて、ＰＺＴアクチュエータの変形量は小さくなる。かかるＰＺＴアクチュエータの温度依存性を補償するため、上記従来の燃料噴射装置においては、ＰＺＴアクチュエータの温度上昇に応じてＰＺＴアクチュエータに付与する電圧を減少させることとしている。従って、上記従来の燃料噴射装置によれば、温度変化にかかわらずＰＺＴアクチュエータの伸縮変形量が一定に維持される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述の如く、ＰＺＴアクチュエータは高い時間応答性を有している。このため、上記従来の燃料噴射装置において、ＰＺＴアクチュエータは高速で収縮変形し、これに伴って、弁体によるノズルの開閉も高速で行なわれる。このように、燃料噴射弁が高速で動作することによって大きな動作音が発生し、特に、アイドル運転時等の比較的静寂な車両の運転状態において、運転者に違和感を与えてしまうことになる。
【０００５】
また、上述の如く、ＰＺＴアクチュエータの静電容量は温度に依存して変化する。ＰＺＴアクチュエータの静電容量が変化すると、ＰＺＴアクチュエータを駆動する駆動回路の時定数も変化する。このため、上記従来の燃料噴射装置によれば、温度変化に応じてＰＺＴアクチュエータの動作速度が変化し、燃料噴射弁の応答性が一定に保たれなくなってしまう。
【０００６】
本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、ＰＺＴアクチュエータにより駆動される燃料噴射弁を備えた燃料噴射装置において、ＰＺＴアクチュエータの動作速度を制御することにより、燃料噴射弁の動作音により運転者に違和感を与えるのを防止すると共に、温度変化にかかわらず燃料噴射弁の応答性を一定に維持することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的は、請求項１に記載する如く、ＰＺＴアクチュエータにより駆動される燃料噴射弁と、前記ＰＺＴアクチュエータを駆動する共振回路とを備える燃料噴射装置であって、
ＰＺＴアクチュエータの静電容量に影響を及ぼす部位の温度情報又はＰＺＴアクチュエータの静電容量の変化に応じた情報を検出する情報検出手段と、
該情報検出手段により検出された情報に基づいて、前記共振回路の共振周波数を変化させる共振周波数変化手段とを備える燃料噴射装置により達成される。
【００１０】
本発明において、共振回路の共振周波数はＰＺＴアクチュエータの静電容量に依存して変化する。一般に、ＰＺＴアクチュエータの静電容量は温度変化に応じて変化する。従って、温度変化に応じて共振回路の共振周波数は変化する。共振周波数変化手段は温度に応じた情報に基づいて、共振回路の共振周波数を変化させる。この結果、静電容量の変化に起因する共振周波数の変化が補償される。ＰＺＴアクチュエータの応答性は共振回路の共振周波数に応じて変化する。従って、温度変化に伴ってＰＺＴアクチュエータの応答性が変化することが防止され、これにより、燃料噴射弁の応答性は温度変化にかかわらず一定に維持される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の一実施例である燃料噴射装置について説明する。図１は、本実施例の燃料噴射装置が備える燃料噴射弁１０の構成図である。図１に示す如く、燃料噴射弁１０はハウジング１２を備えている。ハウジング１２はその内部の図１中上部にピストン室１２ａを備えていると共に、図１中下面に開口するノズル室１２ｂを備えている。ピストン室１２ａとノズル室１２ｂとは通路１２ｃにより互いに連通されている。
【００１２】
ハウジング１２のピストン室１２ａの内部の図１中上底面にはＰＺＴアクチュエータ１４が固定されている。ＰＺＴアクチュエータの図１中下面にはピストン１６が連結されている。ＰＺＴアクチュエータ１４は端子１４ａ、１４ｂ間に電圧が付与されると図１中上下方向に伸びるように構成されている。従って、端子１４ａ、１４ｂ間に付与される電圧がオンオフされることにより、ＰＺＴアクチュエータ１４に伸縮変形が生じ、かかる伸縮変形に伴ってピストン１６は図１中上下方向に変位する。
【００１３】
ハウジング１２のノズル室１２ｂにはノズル１８が図１中下向きに突出して伸びるように取り付けられている。ノズル１８の図１中下端部には噴射口１８ａが設けられている。ノズル１８の内部にはプランジャ２０が図１中上下方向に摺動可能に、かつ、ノズル１８の内面との間に僅かな流体の流れを許容する隙間を形成するように配設されている。ノズル１８の内部のプランジャ２０より図１中下方にはノズル室１８ｂが画成されている。なお、ピストン１６とプランジャ２０との間に画成された空間を、以下、液圧室２２と称する。
【００１４】
プランジャ２０と、ハウジング１２のノズル室１２ｂの底面との間にはスプリング２４が配設されている。スプリング２４はプランジャ２０を図１中下向きに付勢している。また、プランジャ２０の図１中下端面にはニードル２６が連結されている。ニードル２６の先端部には弁体２６ａが固定されている。ニードル２６がプランジャ２０と共に図１中上下方向に変位することで、弁体２６ａが噴射口１８ａを開閉させる。ノズル１８には、ノズル室１８ｂと、図示しない燃料ポンプとを連通する燃料供給通路２８が連通している。ノズル室１８ｂには燃料供給通路２８を介して高圧の燃料が供給される。
【００１５】
次に、燃料噴射弁１０の動作について説明する。なお、常態において、ＰＺＴアクチュエータ１４の端子１４ａ、１４ｂには所定の電圧が付与されており、従って、ＰＺＴアクチュエータ１４は伸張状態にある。上述の如く、プランジャ２０とノズル１８の内面との間には僅かな流体の流れを許容する隙間が形成されている。このため、ノズル室１８ｂに燃料が供給された場合、定常的にはノズル室１８ｂ及び液圧室２２の液圧は互いに等しく維持される。かかる状態では、プランジャ２０はスプリング２４の発する付勢力によって、弁体２６ａが噴射口１８ａを閉塞するように、図１中下向きに変位されるため、燃料の噴射は遮断されている。
【００１６】
この状態から、ＰＺＴアクチュエータ１４の端子１４ａ、１４ｂへ付与された電圧がオフされると、ＰＺＴアクチュエータ１４は収縮し、ピストン１６は図１中上向きに変位する。この場合、液圧室２２内の圧力が急速に低下することでプランジャ２０に作用する力の均衡が崩れ、プランジャ２０はニードル２６と共に図１中上向きに変位する。このため、弁体２６ａが噴射孔１８ａから離脱し、噴射口１８ａが開放されることで、ノズル室１８ｂ内の燃料が噴射口１８ａから噴射される。この状態から、再びＰＺＴアクチュエータ１４の端子１４ａ、１４ｂ間に電圧が付与されると、液圧室２２の圧力は上昇し、プランジャ２０が図１中下向きに変位されることで、燃料噴射は遮断される。
【００１７】
このように、燃料噴射弁１０においてはＰＺＴアクチュエータ１４の端子１４ａ、１４ｂに付与する電圧がオフされると、ＰＺＴアクチュエータ１４が収縮変形することで燃料が噴射口１８ａから噴射され、一方、端子１４ａ、１４ｂに付与される電圧がオンされると、ＰＺＴアクチュエータ１４が伸張変形することで燃料の噴射が停止される。一般に、ＰＺＴアクチュエータは高い時間応答性を有している。このため、燃料噴射弁１０によれば、短い周期で燃料噴射をオンオフさせることができる。
【００１８】
図２に、本実施例の燃料噴射弁１０、及び、従前の電磁式燃料噴射弁について、燃料噴射を指令した期間の長さ（以下、指示噴射期間Ｔと称す）と、１回の噴射当たりの燃料噴射量Ｑとの関係を、それぞれ○印及び◆印で示す。なお、燃料噴射弁１０においては、指示噴射期間Ｔは、ＰＺＴアクチュエータ１４の端子１４ａ、１４ｂに付与する電圧をオフする期間の長さに相当している。
【００１９】
図２に示す如く、燃料噴射弁１０及び電磁式燃料噴射弁の何れにおいても、１回の噴射当たりの燃料噴射量Ｑは指示噴射期間Ｔに比例して変化している。従って、指示噴射期間Ｔを変化させることで、燃料噴射量Ｑを制御することができる。しかしながら、図２に示す如く、電磁式燃料噴射弁によれば、指示噴射期間Ｔが０．５ｍｓｅｃ以下の領域では、噴射弁が燃料噴射の指令に対して追従することができず、指示噴射期間Ｔと燃料噴射量Ｑとの間の直線性が損なわれている。一方、燃料噴射弁１０については、ＰＺＴアクチュエータ１４が高い応答性を有していることで、図２に示す如く、指示噴射期間Ｔが０．２ｍｓｅｃ以下の領域においても、指示噴射期間Ｔと燃料噴射量Ｑとの間の直線性が維持されている。このように、本実施例の燃料噴射弁１０によれば、電磁弁式燃料噴射弁と比較して、指示噴射期間Ｔのより短い領域まで燃料噴射量Ｑを正確に制御することができる。
【００２０】
また、図２からわかるように、燃料噴射弁１０と電磁弁式燃料噴射弁とを比較すると、同一の指示噴射期間Ｔに対する燃料噴射量Ｑは燃料噴射弁１０の方が大きい。即ち、燃料噴射弁１０においては、噴射口１８ａの開口面積を増大させることにより単位時間当たりの燃料噴射量を増加させているのである。一方、上述の如く、燃料噴射量Ｑを制御可能な指示噴射期間Ｔの下限値が低減されていることで、燃料噴射量Ｑの最小値は小さく抑制されている。このように、本実施例の燃料噴射弁１０によれば、従前の電磁式燃料噴射弁と比較して、燃料噴射量Ｑを広範囲で制御することができる。
【００２１】
次に、図３及び図４を参照して、燃料噴射弁１０のＰＺＴアクチュエータ１４を駆動する駆動回路の構成及びその動作について説明する。図３は、ＰＺＴアクチュエータ１４を駆動する駆動回路３０の回路図を示す。図３に示す如く、駆動回路３０はＤＣ−ＤＣコンバータ３２を備えている。ＤＣ−ＤＣコンバータ３２は端子３２ａ、３２ｂを備えている。ＤＣ−ＤＣコンバータ３２は、制御装置３３から付与される制御信号に応じて０Ｖ又は所定の正の電圧Ｅ0 の何れかの電圧をとる出力電圧Ｅを端子３２ａ、３２ｂ間に出力するように構成されている。ＤＣ−ＤＣコンバータ３２の端子３２ａには、充電コイル３４の一端が接続されている。充電コイル３４の他端は充電サイリスタ３６を介して、ＰＺＴアクチュエータ１４の端子１４ａに接続されている。一方、ＤＣ−ＤＣコンバータ３２の端子３２ａにはＰＺＴアクチュエータ１４の端子１４ｂが接続されている。また、ＰＺＴアクチュエータの端子１４ａと端子１４ｂとの間には、放電コイル３８及び放電サイリスタ４０が直列に接続されている。
【００２２】
充電サイリスタ３６及び放電サイリスタ４０は、それぞれの制御端子３６ａ、及び４０ａに電圧パルスが付与されることによりオン状態に切り替えられて電流を流通させると共に、オン状態において流通する電流の値がゼロとなった時点でオフ状態に復帰するように構成されている。また、制御装置３３により、ＤＣ−ＤＣコンバータ３２の出力電圧Ｅの立ち上がり、及び、立ち下がりに同期して、それぞれ、充電サイリスタ３６及び放電サイリスタ４０の制御端子３６ａ、及び４０ａに電圧パルスが付与される。
【００２３】
充電コイル３４及び放電コイル３８は、インダクタンス制御装置４２に接続されている。インダクタンス制御装置４２には、エンジン回転数Ｎｅを検出する回転数センサ４３、及び、アクセル開度Ｏａを検出するアクセル開度センサ４４が接続されている。後述する如く、充電コイル３４及び放電コイル３８のインダクタンスＬは、インダクタンス制御装置４２によって変化される。
【００２４】
図４は、ＰＺＴアクチュエータ１４の動作タイムチャートを示す。図４には、上段から順に、（ａ）ＤＣ−ＤＣコンバータ３２の出力電圧Ｅ（以下、制御電圧Ｅと称す）、（ｂ）充電サイリスタ３６のオン・オフ状態、（ｃ）放電サイリスタ４０のオン・オフ状態、（ｄ）ＰＺＴアクチュエータ１４に供給される電流（充電電流を正、放電電流を負で示す）、及び（ｅ）ＰＺＴアクチュエータ１４の端子１４ａ、１４ｂ間の電圧Ｖが示されている。
【００２５】
図４（ａ）に示す如く、時刻ｔ1 以前において、制御電圧Ｅは電圧Ｅ0 に維持されている。時刻ｔ1 において制御電圧Ｅが０Ｖに立ち下がると、（ｃ）に示す如くこれに同期して放電サイリスタ４０がオンされる。放電サイリスタ４０がオンされると、放電コイル３８のインダクタンスＬ、ＰＺＴアクチュエータ１４の静電容量Ｃ、及び回路抵抗ＲからなるＬＣＲ共振回路Ｃd が形成される。このため、ＰＺＴアクチュエータ１４に充電されていた電荷が放電されることにより放電電流が共振回路Ｃd を循環する。この場合、放電電流は次式で表される周期を有する発振電流となる。
【００２６】
ｔ＝２πＬ／√（４Ｌ／Ｃ−Ｒ2 ） （１）
ただし、上述の如く、放電サイリスタ４０は、オン状態に切り替えられた後、流通する電流値がゼロとなるとオフ状態に復帰する。このため、図４（ｄ）に示す如く、放電電流は時刻ｔ1 から１周期分が流れた後ゼロになる。この場合、図４（ｅ）に示す如く、ＰＺＴアクチュエータ１４から電荷が放電されることにより端子１４ａ、１４ｂ間の電圧Ｖは低下する。これに伴い、ＰＺＴアクチュエータ１４が収縮し、燃料噴射弁１０から燃料が噴射される。この場合、ＰＺＴアクチュエータ１４の収縮変形速度は、共振の周期ｔが短くなるほど大きくなる。従って、制御電圧が立ち下がった時刻ｔ1 から燃料の噴射が開始されるまでの遅れ時間は、上記時間ｔが小さくなるのに応じて短縮される。
【００２７】
時刻ｔ2 において、制御電圧Ｅが０ＶからＥ0 Ｖに立ち上がると、これに同期して図４（ｂ）に示す如く充電サイリスタ３６がオンされる。充電サイリスタ３６がオンされると、充電コイル３４のインダクタンスＬ、ＰＺＴアクチュエータ１４の静電容量Ｃ、及び回路抵抗ＲからなるＬＣＲ共振回路Ｃc が形成される。このため、ＤＣ−ＤＣコンバータ３２からＰＺＴアクチュエータ１４に対して充電電流が供給される。
【００２８】
上述の如く、充電サイリスタ３６は、オン状態に切り替えられた後、流通する電流値がゼロとなるとオフ状態に復帰する。このため、図４（ｄ）に示す如く、充電電流は時刻ｔ2 から１周期分のみが流れた後ゼロになる。かかる充電電流がＰＺＴアクチュエータ１４に供給されることで、図４（ｅ）に示す如く、ＰＺＴアクチュエータ１４の端子１４ａ、１４ｂ間の電圧Ｖは上昇する。これに伴ってＰＺＴアクチュエータ１４が伸張変形することで、燃料噴射弁１０からの燃料の噴射は遮断される。この場合、燃料噴射を開始する場合と同様に、制御電圧Ｅが立ち上がった時刻ｔ2 から燃料噴射が停止されるまでの遅れ時間は、周期ｔが短くなるのに応じて短縮される。なお、上述の如く、時間ｔは、ＰＺＴアクチュエータ１４の変形速度、即ち、燃料噴射弁１０の応答性を示すパラメータとみなすことができる。このため、以下、上記時間ｔを応答時間ｔとも称する。
【００２９】
上述の如く、ＰＺＴアクチュエータ１４は高い時間応答性を備えている。このため、応答時間ｔを短く設けることで、制御電圧Ｅの変化に対してＰＺＴアクチュエータ１４の伸縮変形を高速で追従させることができる。従って、制御電圧Ｅを０Ｖに維持する期間、即ち、噴射指示時間Ｔを短く設定することで、燃料噴射期間を短い領域まで制御することができ、これにより、燃料噴射量Ｑを小さな値まで正確に制御することができる。
【００３０】
なお、一般に、ＰＺＴアクチュエータに一定電圧が付与された状態での変形量は、温度が上昇するにつれて増加する。そこで、本実施例においては、温度上昇に応じてＤＣ−ＤＣコンバータ３２の出力する電圧Ｅ0 を減少させることにより、ＰＺＴアクチュエータ１４の変形量が温度に依存して変化することを防止している。
【００３１】
ところで、燃料噴射弁１０の動作時には、ＰＺＴアクチュエータ１４の伸縮変形に伴ってＰＺＴアクチュエータ１４自身から音が発生し、また、噴射口１８ａが開閉される際に、弁体２６ａと噴射口１８ａとの衝突に伴う衝突音が発生する。更に、ＰＺＴアクチュエータ１４の伸縮変形に伴うハウジング１２の変形や、ニードル室１８ａ内の燃料の圧力変化に伴う音も発生する。燃料噴射弁１０の動作時に生ずるこれらの動作音のレベルは、ＰＺＴアクチュエータ１４が高速で駆動されるほど高くなる。このため、特に、アイドリング運転時の如く、車両が比較的静粛な状態で運転されている状態で、ＰＺＴアクチュエータ１４が高速で変形されると、上記した燃料噴射弁１０の動作音が騒音として耳につきやすくなり、運転者に違和感を与えることになる。
【００３２】
これに対して、本実施例の燃料噴射装置は、車両の運転状態に応じて上記共振回路Ｃd 、Ｃc の共振の周期ｔ、即ち、応答時間ｔを変化させることで、運転者に違和感を与えるのを防止し得る点に特徴を有している。即ち、本実施例においては、アイドリング運転時等の静粛な運転状態において、応答時間ｔを増加させることでＰＺＴアクチュエータ１４の変形速度を低下させ、これにより、燃料噴射弁１０の動作音のレベルを低減させる。
【００３３】
上記（１）式からわかるように、応答時間ｔは、インダクタンスＬ、静電容量Ｃ、及び回路抵抗Ｒによって定められる。従って、Ｌ，Ｃ、又はＲの何れかを変化させることにより、応答時間ｔを変化させることができる。この場合、静電容量Ｃは、例えば共振回路Ｃd 、Ｃc に可変コンデンサを付加することにより変化させることができ、また、回路抵抗Ｒは回路に可変抵抗を付加することにより変化させることができる。しかしながら、回路抵抗Ｒを変化させると、抵抗による熱損失が変化する。このため、ＰＺＴアクチュエータ１４に付与されるエネルギーが変化することで、ＰＺＴアクチュエータ１４の伸縮量が変化してしまう。また、（１）式からわかるように、静電容量Ｃを変化させるよりも、インダクタンスＬを変化させる方が、応答時間ｔを大きく変化させることができる。そこで、本実施例においては、インダクタンス制御装置４２によって充電コイル３４及び放電コイル３８のインダクタンスＬを変化させることにより応答時間ｔを制御することとしている。
【００３４】
以下、図５を参照して、充電コイル３４、放電コイル３８、及び、インダクタンス制御装置４２の構成を説明する。なお、充電コイル３４及び放電コイル３８の構成は同一であるため、以下、充電コイル３４について代表的に説明する。
図５に示す如く、充電コイル３４はサブコイル５１、５２、及び５３を備えている。サブコイル５１、５２、５３は、それぞれ、インダクタンスＬ1 、Ｌ2 、Ｌ3 を有している。サブコイル５１の一端は端子３４ａに接続され、他端はスイッチング素子５５を介してサブコイル５２の一端に接続されている。サブコイル５２の他端はスイッチング素子５６を介してサブコイル５３の一端に接続されている。また、サブコイル５３の他端は端子３４ｂに接続されている。
【００３５】
スイッチング素子５５及び５６は、それぞれ、制御端子５５ａ、５６ａに通電されない状態（オフ状態）では、サブコイル５１及び５２を端子３４ｂ側に接続し、通電された状態（オン状態）では、サブコイル５１及び５２をそれぞれ隣接するサブコイル５２及び５３側に接続するように構成されている。スイッチング素子５５及び５６の制御端子５５ａ及び５６ａはインダクタンス制御装置４２に接続されている。従って、インダクタンス制御装置４２によってスイッチング素子５５及び５６のオンオフ状態を切り替えることができる。
【００３６】
表１に、スイッチング素子５５、５６のオン・オフ状態の各組み合わせに対する端子３４ａ、３４ｂ間のインダクタンスＬを示す。スイッチング素子５５、５６が共にオフ状態の場合（表１に示す状態Ｉ）においては、端子３４ａ、３４ｂ間にサブコイル５１のみが接続される。従って、この場合、インダクタンスＬはＬ1 となる。スイッチング素子５５がオン状態、スイッチング素子５６がオフ状態とされた場合（状態II) においては、端子３４ａ、３４ｂ間にサブコイル５１、５２が直列接続される。従って、この場合、インダクタンスＬは（Ｌ1 ＋Ｌ2 ）となる。更に、スイッチング素子５５、５６が共にオン状態とされた場合（状態III)においては、端子３４ａ、３４ｂ間にサブコイル５１、５２、５３が直列接続される。従って、この場合、インダクタンスＬは（Ｌ1 ＋Ｌ2 ＋Ｌ3 ）となる。
【００３７】
【表１】
インダクタンス制御装置４２は、上記状態Ｉ〜III の何れかが実現されるように、スイッチング素子５５、５６のオン・オフを制御する。これにより、インダクタンスＬは、Ｌ1 、（Ｌ1 ＋Ｌ2 ）、及び、（Ｌ1 ＋Ｌ2 ＋Ｌ3 ）の３段階に切り替えられる。
なお、スイッチング素子５５、５６はサイリスタの組み合わせや、リードリレー等により構成することができる。この場合、サイリスタあるいはリードリレーの動作速度は高速であるため、インダクタンスＬの切り替えを高速に行なうことができる。
【００３９】
上述の如く、本実施例において、インダクタンスＬはＬ1 〜（Ｌ1 ＋Ｌ2 ＋Ｌ3 ）の範囲で変化するため、Ｌ1 〜Ｌ3 を適切に選択することにより、広範囲のインダクタンスＬの変化を容易に実現することができる。なお、本実施例においては、３個のサブコイルを用いてインダクタンスＬを３段階に切り替えることとしているが、これに限らず、４個以上のサブコイルを用いてインダクタンスＬを４段階以上に切り替えることによって、より細かく、かつ広範囲のインダクタンスＬの変化を実現することとしてもよい。あるいは、装置の簡単化のため、２個のサブコイルを用いてインダクタンスＬを２段階に切り替えることとしてもよい。 本実施例の燃料噴射装置において、インダクタンス制御装置４２は、回転数センサ４３から出力されるエンジン回転数Ｎｅ、及び、アクセル開度センサ４４から出力されるアクセル開度Ｏａに基づいて車両の運転状態の静寂性を判断する。そして、その判断結果に基づいてインダクタンスＬを変化させることにより、車両の静寂性に応じて燃料噴射弁１０の動作音を適正に制御する。
【００４０】
表２は、上記機能を実現するべくインダクタンス制御装置４２が参照する表である。表２に示す如く、エンジンの回転数Ｎｅは、所定値未満Ｎの低回転領域と、所定値Ｎ以上の高回転数領域とに区分されている。また、アクセル開度Ｏａは、所定値Ａ1 未満の低開度領域、所定値Ａ1 以上所定値Ａ2 未満の中開度領域、及び、所定値Ａ2 以上の高開度領域に区分されている。インダクタンス制御装置４２はエンジン回転数Ｎｅ及びアクセル開度Ｏａがそれぞれ何れの領域にあるかを判別し、表２に基づいて、上記状態Ｉ、II、及びIII の何れかを実現することによりインダクタンスを「小」、「中」、「大」の３段階に変化させる。
【００４１】
【表２】
表２において、エンジン回転数Ｎｅが低回転数領域にあり、かつ、アクセル開度Ｏａが低開度領域にある場合には、車両はアイドリング運転等の比較的静寂な状態で運転されており、従って、燃料噴射弁１０の動作音は抑制されるべきと判断される。この場合、インダクタンス制御装置４２は、インダクタンスＬを「大」とすることにより、即ち、状態III を実現することにより応答時間ｔを増加させることで、燃料噴射弁１０の動作音を抑制する。かかる処理により、車両が静寂な状態で運転されている場合に、燃料噴射弁１０の動作音により運転者に違和感を与えることが防止される。
【００４３】
また、アクセル開度Ｏａが高開度領域にある場合、及び、エンジン回転数Ｎｅが高回転領域にあり、かつ、アクセル開度Ｏａが中開度領域にあると判別された場合には、車両の運転音は大きく、燃料噴射弁１０から多少の動作音が生じても運転者に違和感を与えることはないと判断される。また、エンジン回転数Ｎｅが高くなると、燃料噴射が可能な時間は短く制約されるため、燃料噴射弁１０の応答性を過度に低下させるのは好ましくない。従って、この場合には、インダクタンス制御装置４２はインダクタンスＬを「小」とすることにより、即ち、状態Ｉを実現することにより、応答時間ｔを減少させる。
【００４４】
更に、エンジン回転数Ｎｅが高回転数領域にあり、かつ、アクセル開度Ｏａが低開度領域にある場合、及び、Ｎｅが低回転数領域にあり、かつ、Ｏａが中開度領域にある場合には、車両の運転音は中程度であり、従って、燃料噴射弁１０の動作音も中程度に抑制するべきと判断される。この場合、インダクタンス制御装置４２はインダクタンスＬを「中」とすることにより、即ち、表１に示す状態IIを実現することにより、応答時間ｔを中間値に設定する。。
【００４５】
以上のように、本実施例によれば、インダクタンス制御装置４２がエンジン回転数Ｎｅ及びアクセル開度Ｏａに基づいて車両の静寂性を判断し、その結果に応じて燃料噴射弁１０の動作音を変化させることで、燃料噴射弁１０の動作音により運転者に違和感を与えるのを防止することができる。
なお、本実施例において上記所定値は、例えば、Ｎを１５００ｒｐｍ、Ａ1 を１５％、Ａ2 を３０％としている。ただし、所定値Ｎ、Ａ1 、Ａ2 はエンジン回転数Ｎｅ及びアクセル開度Ｏａと車両の運転音との関係より実験的に定められる値であり、エンジンの仕様に応じて変化する。また、エンジン回転数Ｎｅ及びアクセル開度Ｏａの組み合わせと、車両の運転音との間の関係は、運転者の運転操作によって変化することもある。従って、運転者の運転操作の特徴を学習し、その特徴に応じてこれらの所定値を最適に設定することとしてもよい。
【００４６】
また、上記実施例において、エンジン回転数Ｎｅを２つの領域、アクセル開度Ｏａを３つの領域に区分しているが、これに限らず任意の数の領域に区分してもよい。また、上記実施例においては、Ｎｅ及びＯａの各領域の組み合わせに応じてインダクタンスＬを３段階に切り替えることとしているが、上記した如く、充電コイル３４、放電コイル３８を構成するサブコイルの数を変更することで、任意の数の段階で切り替えることとしてもよい。
【００４７】
また、本実施例においては、エンジン回転数Ｎｅ及びアクセル開度Ｏａに基づいて車両の静寂性を判断することとしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、車速やエンジン負荷等に基づいて車両の静寂性を判断してもよい。あるいは、騒音センサを設けて、運転室内の音響レベルを直接検出することとしてもよい。
【００４８】
なお、インダクタンスＬを変化させて応答時間ｔを変化させた場合、ＰＺＴアクチュエータ１４に付与される充電電流のピーク値も変化する。充電電流のピーク値が増加した場合、回路抵抗による熱損失が増加するため、ＰＺＴアクチュエータ１４に供給される有効エネルギーが減少し、その結果、ＰＺＴアクチュエータ１４の伸び量も減少することとなる。従って、本実施例の構成によれば、インダクタンスＬを変化させることによって、ＰＺＴアクチュエータ１４の変形量を制御することも可能である。
【００４９】
ところで、充電コイル３４及び放電コイル３８のインダクタンスＬを変化させるための構成は図５に示す例に限られるものではなく、図６及び図７に示す構成によっても同様の目的を達成するとができる。
図６は、充電コイル３４のインダクタンスＬを変化させる構成の別の例を示す。図６に示す如く、インダクタンス制御装置４２にはモータ６０が接続されている。モータ６０の回転シャフト６０ａにはレバー６２が連結されている。モータ６０がインダクタンス制御装置４２から駆動信号が付与されることにより駆動されると、レバー６２は回転シャフト６０ａを回転軸として回転する。レバー６２の回転シャフト６０ａ側の端部は、端子３４ａに接続されている。
【００５０】
モータ６０の回転シャフト６０ａの周囲には、相異なるインダクタンスＬa 〜Ｌh を有する８個のコイル６６ａ〜６６ｈが放射状に配設されている。レバー６２が回転されるとその回転位置に応じて、レバー６２の外径側端部と、コイル６６ａ〜６６ｈのうち何れか１つの内径側の端部とが接続される。コイル６６ａ〜６６ｈの外径側端部は共に端子３４ｂへ接続されている。従って、レバー６２の回転位置に応じて、端子３４ａ、３４ｂ間にコイル６６ａ〜６６ｈのうちの何れか１つのコイルが接続される。
【００５１】
このように、図６に示す構成においては、インダクタンス制御装置４２によりモータ６０の回転角度、即ち、レバー６２の回転角度を制御することで、充電コイル３４のインダクタンスＬをＬa 〜Ｌh の８段階に切り替えることができる。なお、本構成においては８個のコイルを用いてインダクタンスＬを８段階に切り替えることとしているが、これに限らず、任意の数のコイルを用いてインダクタンスＬを任意の段階に切り替えることができる。
【００５２】
次に、図７は、充電コイル３４のインダクタンスＬを変化させる更に別の構成を示す。図７において、充電コイル３４は鉄心７０を備えている。鉄心７０はコの字型の鉄心本体７０ａと、アーム７０ｂとより構成されている。鉄心本体７０ａには巻線７２が巻回されている。巻線７２の両端は端子３４ａ、３４ｂに接続されている。アーム部７０ｂは鉄心本体７０ａの一方の端部に軸７０ｃの周りに回動可能に連結されていると共に、鉄心本体７０ａの他方の端部との間にギャップＧを形成している。軸７０ｃにはモータ７４の回転シャフトが連結されている。モータ７４はインダクタンス制御装置４２に接続されており、インダクタンス制御装置４２から駆動信号が付与されることで駆動される。モータ７４が駆動されると、アーム７０ｂが軸７０ｃを中心として回動されることによりギャップＧが変化される。ギャップＧが増加すると、巻線７２に通電された際に巻線７２と鎖交する磁束の大きさが減少する。このため、充電コイル３４のインダクタンスＬは減少する。同様に、ギャップＧが減少すると、インダクタンスＬは増加する。このように、図７に示す構成においては、インダクタンス制御装置４２からモータ７０へ付与する制御信号に応じて、充電コイル３４のインダクタンスＬを変化させることができる。
【００５３】
本構成においては、ギャップＧに応じてインダクタンスＬが変化するため、インダクタンスＬを連続的に変化させることができる。また、図５及び図６に示す構成と異なり、複数のコイルを設けることが不要であるため装置コストが低減されている。更に、本構成においては、機械的な接点が存在しないため、装置の信頼性、耐久性が向上されている。
【００５４】
なお、上記実施例においては、駆動回路３０が請求項１に記載した共振回路に、回転数センサ４３及びアクセル開度センサ４４が請求項１に記載した運転状態検出手段に、充電コイル３４、放電コイル３８、及びインダクタンス制御装置４２が請求項１に記載した共振周波数変化手段に、それぞれ相当している。ただし、上記したように、運転状態として回転数Ｎｅ、アクセル開度Ｏａの他、車速、エンジン負荷、運転室内の音響レベル等を用いることができる。
【００５５】
次に、本発明の第２実施例の燃料噴射装置について説明する。本実施例の燃料噴射装置は、インダクタンス制御装置４２が実行する処理の内容を除いて上記第１実施例の燃料噴射装置と同一の構成を有している。
上述の如く、図３に示す駆動回路３０において、温度変化にかかわらずＰＺＴアクチュエータ１４の伸縮量を一定に維持するため、ＤＣ−ＤＣコンバータ３２の出力する電圧Ｅ0 を温度上昇に応じて減少させることとしている。しかしながら、ＰＺＴアクチュエータ１４は、温度の上昇に応じてその静電容量Ｃが増加する特性を有している。このため、温度変化が生ずると、上記（１）式からわかるように、静電容量Ｃの変化に応じて応答時間ｔが変化し、ＰＺＴアクチュエータ１４の動作速度は変化してしまう。
【００５６】
本実施例の燃料制御弁は、温度変化が生じた場合に、ＰＺＴアクチュエータ１４の伸び量を一定に維持するのみならず、その動作速度をも一定に維持し得る点に特徴を有している。以下、かかる特徴部について説明する。
図８は、ＰＺＴアクチュエータ１４に付与される充電電流の波形が温度に応じて変化する様子を示している。図８に示す如く、低温になるほどＰＺＴアクチュエータ１４の静電容量Ｃが減少することで、応答時間ｔが短くなっている。この場合、上述の如く、ＰＺＴアクチュエータ１４の伸び量は一定に維持されるため、ＰＺＴアクチュエータ１４への充電量、即ち、充電電流の積分値は一定に維持される。このため、温度が低下して共振周期ｔが短くなるのに応じて、電流のピーク値Ｐは増大することになる。そこで、本実施例においては、インダクタンス制御装置４２により充電電流のピーク値Ｐを検出し、ピーク値Ｐと予め実験的に定めた所定の閾値ａ及びｂとの大小関係に基づいてインダクタンスＬを変化させることにより、応答時間ｔの変化を抑制することとしている。
【００５７】
即ち、インダクタンス制御装置４２はピーク値Ｐが所定の閾値ａを上回った場合には、温度低下に伴って応答時間ｔが小さくなっていると判断し、表１に示す状態III を実現することによりインダクタンスＬを「大」とする。一方、ピーク値Ｐが第２の所定の閾値ｂ（ｂ＜ａ）を下回った場合には温度上昇に伴って応答時間ｔが長くなっていると判断し、状態Ｉを実現することによりインダクタンスＬを「小」とする。更に、ピーク値Ｐがｂ以上ａ以下である場合には、状態IIを実現することによりインダクタンスＬを「中」とする。従って、ＰＺＴアクチュエータ１４に温度変化が生じた場合、静電容量Ｃの変化を補償するようにインダクタンスＬが増減されることで、応答時間ｔの変動が抑制される。
【００５８】
このように、本実施例によれば、温度変化に起因するＰＺＴアクチュエータ１４の応答速度の変化を抑制することができ、これにより、燃料噴射弁１０の応答性を温度変化にかかわらず一定に維持することができる。
なお、上記第２実施例において、充電電流のピーク値Ｐに基づいてインダクタンスＬを変化させることとしているが、本発明はこれに限定されるものではなく、ＰＺＴアクチュエータ１４の温度変化に応じて変化する任意の情報をインダクタンスＬを変化させる際の基準として用いることができる。例えば、図８に示す如く、応答時間ｔは温度の低下に応じて減少する。従って、応答時間ｔを充電電流の信号波形より検出し、応答時間ｔが所定値ｔa を上回った場合にインダクタンスＬを減少させ、ｔが所定値ｔb （ｔb ＜ｔa ）を下回った場合にインダクタンスＬを増加させることとしてもよい。
【００５９】
また、図４（ｅ）に示す如く、ＰＺＴアクチュエータ１４の端子１４ａ、１４ｂ間の電圧にはオーバーシュートが生ずる。図９は、端子１４ａ、１４ｂの電圧波形の温度による変化を示している。図９に示す如く、ＰＺＴアクチュエータ１４が低温になるほど、応答時間ｔが減少することに起因してオーバシュート量Ｓは増加する。従って、端子１４ａ、１４ｂ間の電圧波形よりオーバシュート量Ｓを検出し、オーバシュート量Ｓが所定値Ｓa を上回った場合にインダクタンスＬを増加させ、Ｓが所定値Ｓb （Ｓb ＜Ｓa ）を下回った場合にインダクタンスＬを減少させることとしてもよい。
【００６０】
あるいは、ＰＺＴアクチュエータ１４の温度Ｔｐを検出する温度センサを設け、温度Ｔｐが所定値Ｔa を上回った場合にインダクタンスＬを増加させ、温度Ｔｐが所定値Ｔb （Ｔb ＜Ｔa ）を下回った場合にインダクタンスＬを減少させることとしてもよい。この他、外気温等、ＰＺＴアクチュエータ１４の温度と相関をもって変化する任意の環境パラメータに基づいてインダクタンスＬを変化させてもよい。
【００６１】
なお、上記第２実施例においては、駆動回路３０が請求項に記載した共振回路に、充電コイル３４、放電コイル３８、及びインダクタンス制御装置４２が請求項に記載した共振周波数変化手段に、それぞれ相当している。また、インダクタンス制御装置４２が充電電流又はＰＺＴアクチュエータ１４の端子間電圧に基づいてピークＰ、時間ｔ、又はオーバシュートＳを検出することにより、あるいは、温度センサの出力に基づいて温度Ｔｐを検出することにより、請求項に記載した情報検出手段が実現されている。
【００６２】
【発明の効果】
本発明によれば、温度変化に伴って燃料噴射弁の応答性が変化するのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例である燃料噴射装置が備える燃料噴射弁の構成図である。
【図２】本実施例の燃料噴射弁の指示噴射期間と燃料噴射量との関係を従前の電磁式燃料噴射弁の場合と共に示す図である。
【図３】本実施例において燃料噴射弁を駆動するＰＺＴアクチュエータの駆動回路の構成図である。
【図４】図３に示す駆動回路の動作のタイムチャートである。
【図５】充電コイル（又は放電コイル）の構成をインダクタンス制御装置との接続関係と共に示す図である。
【図６】充電コイル（又は放電コイル）の別の構成を示す図である。
【図７】充電コイル（又は放電コイル）の更に別の構成を示す図である。
【図８】ＰＺＴアクチュエータに付与される充電電流の温度に応じた変化を示す図である。
【図９】ＰＺＴアクチュエータの端子間電圧の温度に応じた変化を示す図である。
【符号の説明】
１０ 燃料噴射弁
１４ ＰＺＴアクチュエータ
３０ 駆動回路
３４ 充電コイル
３８ 放電コイル
４２ インダクタンス制御装置
Claims (1)
- ＰＺＴアクチュエータにより駆動される燃料噴射弁と、前記ＰＺＴアクチュエータを駆動する共振回路とを備える燃料噴射装置であって、
ＰＺＴアクチュエータの静電容量に影響を及ぼす部位の温度情報又はＰＺＴアクチュエータの静電容量の変化に応じた情報を検出する情報検出手段と、
該情報検出手段により検出された情報に基づいて、前記共振回路の共振周波数を変化させる共振周波数変化手段とを備えることを特徴とする燃料噴射装置。
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