JP4483822B2 - Fuel injection control device - Google Patents

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Description

本発明は、アクチュエータの伸長及び収縮により伝達室内に充填される流体を介してピストンを変位させることで開弁及び閉弁がなされる燃料噴射弁について、前記アクチュエータを伸縮操作することで燃料噴射制御を行う内燃機関の燃料噴射制御装置に関する。   The present invention relates to a fuel injection valve that is opened and closed by displacing a piston through a fluid filled in a transmission chamber by extension and contraction of the actuator, and performs fuel injection control by expanding and contracting the actuator. The present invention relates to a fuel injection control device for an internal combustion engine.

この種の燃料噴射弁としては、例えば下記特許文献1に見られるように、コモンレール式ディーゼル機関に搭載されるピエゾインジェクタも提案されている。このピエゾインジェクタは、ピエゾインジェクタによって押される大径ピストンと、大径ピストンよりも口径の小さい小径ピストンと、ノズルニードルとを備えている。そして、大径ピストン、小径ピストン及び内壁によって区画形成される伝達室内に燃料が充填されている。また、ノズルニードルには、コモンレールから供給される高圧燃料の圧力が、噴射開口部側及びその逆側の双方に加えられており、これにより、ノズルニードルは閉弁状態となる。   As this type of fuel injection valve, for example, a piezo injector mounted on a common rail diesel engine has been proposed, as can be seen in Patent Document 1 below. The piezo injector includes a large-diameter piston pushed by the piezo-injector, a small-diameter piston having a smaller diameter than the large-diameter piston, and a nozzle needle. The transmission chamber defined by the large-diameter piston, the small-diameter piston, and the inner wall is filled with fuel. Further, the pressure of the high-pressure fuel supplied from the common rail is applied to the nozzle needle both on the injection opening side and on the opposite side, whereby the nozzle needle is closed.

そして、アクチュエータとして機能するピエゾ素子が伸長することで、大径ピストン及び伝達室内の流体を介して小径ピストンに動力が伝達され、小径ピストンが噴射開口部側に変位することで、ノズルニードルのうち上記噴射開口部の逆側に圧力を加える燃料が燃料タンク側へと流出する。これにより、噴射開口部側からの高圧燃料の圧力により、ノズルニードルが開弁する。こうした構成によれば、ピエゾ素子の微小な変位量を、大径ピストン、伝達室、小径ピストンにより、大きな変位量に変換することができ、ひいては、ピエゾ素子をアクチュエータとして用いてピエゾインジェクタの開閉を適切に行うことができる。   The piezoelectric element that functions as an actuator extends, whereby power is transmitted to the small-diameter piston via the large-diameter piston and the fluid in the transmission chamber. Fuel that applies pressure to the opposite side of the injection opening flows out to the fuel tank side. Thereby, the nozzle needle is opened by the pressure of the high-pressure fuel from the injection opening side. According to such a configuration, a small displacement amount of the piezo element can be converted into a large displacement amount by the large-diameter piston, the transmission chamber, and the small-diameter piston. As a result, the piezo injector can be opened and closed using the piezo element as an actuator. Can be done appropriately.

ただし、上記ピエゾインジェクタでは、ピエゾインジェクタの開弁時間が長くなる状況下等には、開弁指令に対する応答性が低下することが発明者らによって見出されている。   However, it has been found by the inventors that in the above-described piezo injector, the responsiveness to the valve opening command is lowered under a situation where the valve opening time of the piezo injector is long.

なお、上記ピエゾインジェクタに限らず、アクチュエータの伸長及び収縮により伝達室内に充填される流体を介してピストンを変位させることで開弁及び閉弁がなされる燃料噴射弁にあっては、開弁の応答性が低下するおそれのあるこうした実情も概ね共通したものとなっている。
特開2002−136156号公報
In addition to the above-described piezo injector, in a fuel injection valve that is opened and closed by displacing a piston through a fluid filled in the transmission chamber by extension and contraction of an actuator, These facts that can reduce responsiveness are generally common.
JP 2002-136156 A

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、アクチュエータの伸長及び収縮により伝達室内に充填される流体を介してピストンを変位させることで開弁及び閉弁がなされる燃料噴射弁を用いる場合であっても、その開弁の応答性を高く維持することのできる燃料噴射弁を提供することにある。   The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to open and close a valve by displacing a piston through a fluid filled in a transmission chamber by extension and contraction of an actuator. It is an object of the present invention to provide a fuel injection valve that can maintain a high responsiveness even when a fuel injection valve is used.

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。   Hereinafter, means for solving the above-described problems and the operation and effects thereof will be described.

請求項1記載の発明は、前記アクチュエータの伸長操作による前記伝達室からの流体の漏れ量が前記アクチュエータの収縮操作による前記伝達室への流体の充填量よりも多くなる条件が成立するか否かを判断する判断手段と、前記条件が成立すると判断されるとき、前記アクチュエータを伸長させるための操作信号の出力タイミングを早める変更手段とを備え、前記判断手段は、前記燃料噴射弁による燃料噴射期間が予め定められた時間以上であるとき、前記条件が成立したと判断することを特徴とすることを特徴とする。 In the first aspect of the present invention, it is determined whether or not a condition is satisfied that an amount of fluid leakage from the transmission chamber due to the extension operation of the actuator is larger than an amount of fluid filling the transmission chamber due to the contraction operation of the actuator. And a changing means for advancing the output timing of an operation signal for extending the actuator when it is determined that the condition is satisfied, and the determining means includes a fuel injection period by the fuel injection valve. Is equal to or longer than a predetermined time, it is determined that the condition is satisfied .

上記構成では、アクチュエータの伸長操作による伝達室内の流体の流出量がアクチュエータの収縮操作による伝達室への流体の充填量よりも多くなると、アクチュエータの伸長にもかかわらず、その動力を流体を介して十分にピストンに伝達することができなくなる。このため、アクチュエータを伸長させるための操作信号を出力してから燃料噴射弁が実際に開弁するまでの遅延量が、上記漏れ量と充填量とが釣り合っているときと比較して長くなるおそれがある。   In the above configuration, when the outflow amount of the fluid in the transmission chamber by the extension operation of the actuator is larger than the fluid filling amount in the transmission chamber by the contraction operation of the actuator, the power is transmitted through the fluid regardless of the extension of the actuator. It will not be possible to sufficiently transmit to the piston. For this reason, the delay amount from the output of the operation signal for extending the actuator to the actual opening of the fuel injection valve may be longer than that when the leakage amount and the filling amount are balanced. There is.

この点、上記構成では、こうした状況下、操作信号の出力タイミングを早めることで、上記遅延量が長くなることを好適に補償することができ、ひいては開弁の応答性を高く維持することができる。   In this regard, in the above-described configuration, it is possible to favorably compensate for an increase in the delay amount by advancing the output timing of the operation signal in such a situation, and as a result, it is possible to maintain a high valve opening response. .

ここで、上記構成において、燃料噴射期間が長いときには、アクチュエータの伸長期間が長く、結果としてアクチュエータが流体を介してピストンを押す期間が長くなる。そして、アクチュエータの伸長により流体を介してピストンが押されるときには、アクチュエータの収縮期間と比較して、流体の圧力が上昇し、流体が伝達室から漏れやすくなる。このため、アクチュエータの伸長時間が長いほど、伝達室から漏れ出る流体量が増加する。 Here, in the above configuration, when the fuel injection period is long, the extension period of the actuator is long, and as a result, the period during which the actuator pushes the piston through the fluid becomes long. When the piston is pushed through the fluid due to the extension of the actuator, the pressure of the fluid rises compared to the contraction period of the actuator, and the fluid is likely to leak from the transmission chamber. For this reason, the amount of fluid leaking from the transmission chamber increases as the extension time of the actuator increases.

上記構成では、こうした性質に着目し、燃料噴射期間が予め定められた時間以上であることに基づき、上記条件の成立を適切に判断することができる。   In the above configuration, paying attention to such a property, it is possible to appropriately determine whether the above condition is satisfied based on the fact that the fuel injection period is equal to or longer than a predetermined time.

請求項記載の発明は、前記アクチュエータの伸長操作による前記伝達室からの流体の漏れ量が前記アクチュエータの収縮操作による前記伝達室への流体の充填量よりも多くなる条件が成立するか否かを判断する判断手段と、前記条件が成立すると判断されるとき、前記アクチュエータを伸長させるための操作信号の出力タイミングを早める変更手段とを備え、前記判断手段は、前記燃料噴射弁による燃料の噴射周期時間が予め定められた時間以下であるとき、前記条件が成立したと判断することを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, whether or not a condition is satisfied that an amount of fluid leakage from the transmission chamber due to the extension operation of the actuator is greater than an amount of fluid filling the transmission chamber due to the contraction operation of the actuator. And determining means for advancing the output timing of an operation signal for extending the actuator when it is determined that the condition is satisfied, the determining means injecting fuel by the fuel injection valve When the cycle time is equal to or shorter than a predetermined time, it is determined that the condition is satisfied.

上記構成では、アクチュエータの伸長操作による伝達室内の流体の流出量がアクチュエータの収縮操作による伝達室への流体の充填量よりも多くなると、アクチュエータの伸長にもかかわらず、その動力を流体を介して十分にピストンに伝達することができなくなる。このため、アクチュエータを伸長させるための操作信号を出力してから燃料噴射弁が実際に開弁するまでの遅延量が、上記漏れ量と充填量とが釣り合っているときと比較して長くなるおそれがある。
この点、上記構成では、こうした状況下、操作信号の出力タイミングを早めることで、上記遅延量が長くなることを好適に補償することができ、ひいては開弁の応答性を高く維持することができる。
ここで、上記構成において、アクチュエータの収縮状態時には、伝達室の流体の圧力が低いため、流体が伝達室へと流入しやすい。一方、燃料噴射弁による燃料の噴射周期時間が短いほど、アクチュエータが収縮状態である時間が短いことを意味する。このため、噴射周期時間が短いほど、伝達室への流体の充填量が減少することを意味する。上記構成では、こうした性質に着目し、噴射周期時間が予め定められた時間以下であることに基づき、上記条件の成立を適切に判断することができる。
In the above configuration, when the outflow amount of the fluid in the transmission chamber by the extension operation of the actuator is larger than the fluid filling amount in the transmission chamber by the contraction operation of the actuator, the power is transmitted through the fluid regardless of the extension of the actuator. It will not be possible to sufficiently transmit to the piston. For this reason, the delay amount from the output of the operation signal for extending the actuator to the actual opening of the fuel injection valve may be longer than that when the leakage amount and the filling amount are balanced. There is.
In this regard, in the above-described configuration, it is possible to favorably compensate for an increase in the delay amount by advancing the output timing of the operation signal in such a situation, and as a result, it is possible to maintain a high valve opening response. .
Here, in the above configuration, when the actuator is in the contracted state, the fluid pressure in the transmission chamber is low, so that the fluid easily flows into the transmission chamber. On the other hand, the shorter the fuel injection cycle time by the fuel injection valve, the shorter the time during which the actuator is in the contracted state. For this reason, it means that the filling amount of the fluid into the transmission chamber decreases as the ejection cycle time becomes shorter. In the above configuration, paying attention to such a property, it is possible to appropriately determine whether or not the above condition is satisfied based on the fact that the injection cycle time is equal to or shorter than a predetermined time.

請求項記載の発明は、前記アクチュエータの伸長操作による前記伝達室からの流体の漏れ量が前記アクチュエータの収縮操作による前記伝達室への流体の充填量よりも多くなる条件が成立するか否かを判断する判断手段と、前記条件が成立すると判断されるとき、前記アクチュエータを伸長させるための操作信号の出力タイミングを早める変更手段とを備え、前記判断手段は、前記アクチュエータの収縮時間に対する該アクチュエータの伸長時間の比が閾値以上となるとき、前記条件が成立したと判断することを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, whether or not a condition is satisfied in which a fluid leakage amount from the transmission chamber due to the extension operation of the actuator is larger than a fluid filling amount into the transmission chamber due to the contraction operation of the actuator. And a changing means for advancing the output timing of an operation signal for extending the actuator when it is determined that the condition is satisfied, and the determining means includes the actuator for the contraction time of the actuator. It is determined that the condition is satisfied when the ratio of the extension times of the two is equal to or greater than a threshold value.

上記構成では、アクチュエータの伸長操作による伝達室内の流体の流出量がアクチュエータの収縮操作による伝達室への流体の充填量よりも多くなると、アクチュエータの伸長にもかかわらず、その動力を流体を介して十分にピストンに伝達することができなくなる。このため、アクチュエータを伸長させるための操作信号を出力してから燃料噴射弁が実際に開弁するまでの遅延量が、上記漏れ量と充填量とが釣り合っているときと比較して長くなるおそれがある。
この点、上記構成では、こうした状況下、操作信号の出力タイミングを早めることで、上記遅延量が長くなることを好適に補償することができ、ひいては開弁の応答性を高く維持することができる。
ここで、上記構成において、アクチュエータの伸長期間が長いときには、アクチュエータが流体を介してピストンを押す期間が長くなる。そして、アクチュエータの伸長により流体を介してピストンが押されるときには、アクチュエータの収縮期間と比較して、流体の圧力が上昇し、流体が伝達室から漏れやすくなる。このため、アクチュエータの伸長時間が長いほど、伝達室から漏れ出る流体量が増加する。一方、アクチュエータの収縮状態時には、伝達室の流体の圧力が低いため、流体が伝達室へと流入しやすい。このため、アクチュエータが収縮状態である時間が短いほど、伝達室への流体の充填量が減少することを意味する。
In the above configuration, when the outflow amount of the fluid in the transmission chamber by the extension operation of the actuator is larger than the fluid filling amount in the transmission chamber by the contraction operation of the actuator, the power is transmitted through the fluid regardless of the extension of the actuator. It will not be possible to sufficiently transmit to the piston. For this reason, the delay amount from the output of the operation signal for extending the actuator to the actual opening of the fuel injection valve may be longer than that when the leakage amount and the filling amount are balanced. There is.
In this regard, in the above-described configuration, it is possible to favorably compensate for an increase in the delay amount by advancing the output timing of the operation signal in such a situation, and as a result, it is possible to maintain a high valve opening response. .
Here, in the above configuration, when the extension period of the actuator is long, the period during which the actuator pushes the piston through the fluid becomes long. When the piston is pushed through the fluid due to the extension of the actuator, the pressure of the fluid rises compared to the contraction period of the actuator, and the fluid is likely to leak from the transmission chamber. For this reason, the amount of fluid leaking from the transmission chamber increases as the extension time of the actuator increases. On the other hand, when the actuator is in a contracted state, the pressure of the fluid in the transmission chamber is low, so that the fluid tends to flow into the transmission chamber. For this reason, it means that the filling amount of the fluid into the transmission chamber decreases as the time during which the actuator is in the contracted state is shorter.

上記構成では、こうした性質に着目し、アクチュエータの収縮時間に対する伸長時間の比が閾値以上であることに基づき、上記条件の成立を適切に判断することができる。   In the above configuration, paying attention to such properties, it is possible to appropriately determine whether the above condition is satisfied based on the ratio of the extension time to the contraction time of the actuator being equal to or greater than a threshold value.

請求項記載の発明は、請求項記載の発明において、前記判断手段は、前記燃料噴射弁に供給される燃料の圧力が高いほど前記閾値を低下させることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the third aspect of the present invention, the determination means decreases the threshold value as the pressure of the fuel supplied to the fuel injection valve increases.

一般に、燃料噴射弁に供給される燃圧が高いほど、アクチュエータの伸長に伴いピストンが変位する際に大きな力を要する傾向にある。これは、燃圧が高いほど、アクチュエータの伸長によりピストンを変位させる際の流体の圧力が高くなることを意味する。そして、流体の圧力が高いほど、伝達室から流体が漏れやすくなる。この点、上記構成では、燃圧が高いほど閾値を低下させることで、漏れ量が充填量よりも多くなる条件の成立の有無をより適切に判断することができる。   In general, the higher the fuel pressure supplied to the fuel injection valve, the greater the force required when the piston is displaced with the extension of the actuator. This means that the higher the fuel pressure, the higher the pressure of the fluid when the piston is displaced by the extension of the actuator. And the higher the fluid pressure, the easier it is for fluid to leak from the transmission chamber. In this regard, in the above configuration, it is possible to more appropriately determine whether or not the condition that the leakage amount is larger than the filling amount is satisfied by lowering the threshold value as the fuel pressure is higher.

請求項記載の発明は、請求項記載の発明において、前記アクチュエータがピエゾ素子であり、前記判断手段は、前記ピエゾ素子の電圧が高いほど前記閾値を低下させることを特徴とするAccording to a fifth aspect of the present invention, in the third aspect of the invention, the actuator is a piezo element, and the determination unit decreases the threshold value as the voltage of the piezo element is higher .

ピエゾ素子は、その電圧が高いほど伸長量が大きいため、電圧が高いほど伝達室内の流体に加わる圧力が高いと考えられる。また、ピエゾ素子に加わる力が大きいほどピエゾ素子の電圧が高くなるために、ピエゾ素子の電圧が高いほど、ピエゾ素子に加わる力を定める伝達室内の流体の圧力が高いと考えられる。そして、流体の圧力が高いほど、伝達室から流体が漏れやすくなる。この点、上記構成では、ピエゾ素子の電圧に基づき、上記条件の成立の有無を適切に判断することができる。   Since the piezoelectric element has a higher expansion amount as its voltage is higher, it is considered that the pressure applied to the fluid in the transmission chamber is higher as the voltage is higher. Further, since the voltage of the piezo element increases as the force applied to the piezo element increases, it is considered that the pressure of the fluid in the transmission chamber that determines the force applied to the piezo element increases as the voltage of the piezo element increases. And the higher the fluid pressure, the easier it is for fluid to leak from the transmission chamber. In this regard, in the above configuration, it is possible to appropriately determine whether or not the above condition is satisfied based on the voltage of the piezoelectric element.

請求項7記載の発明は、請求項1〜6のいずれかに記載の発明において、前記燃料噴射弁には、前記ピストンに前記アクチュエータの伸長方向の弾性力を加える弾性部材が備えられており、前記伝達室には、外部から所定圧の流体が流入可能とされてなることを特徴とする。   The invention according to claim 7 is the invention according to any one of claims 1 to 6, wherein the fuel injection valve is provided with an elastic member that applies an elastic force in an extension direction of the actuator to the piston. A fluid having a predetermined pressure can flow into the transmission chamber from the outside.

上記構成では、ピストンにアクチュエータの伸長方向の弾性力が加わるために、アクチュエータが収縮した状態では、伝達室内の圧力が低下する。このため、アクチュエータが収縮した状態では、伝達室内に流体が流入することで、アクチュエータの伸長時における伝達室からの流体の漏れを補償することが可能となっている。   In the above configuration, since the elastic force in the extension direction of the actuator is applied to the piston, the pressure in the transmission chamber is reduced when the actuator is contracted. For this reason, when the actuator is contracted, the fluid flows into the transmission chamber, so that the leakage of the fluid from the transmission chamber when the actuator is extended can be compensated.

請求項8記載の発明は、請求項1〜7のいずれかに記載の発明において、前記燃料噴射弁には、高圧燃料を蓄える蓄圧室からの燃料が供給され、前記燃料噴射弁は、前記ピストンよりも噴射開口部側に設けられるノズルニードルを備え、前記ノズルニードルには、前記噴射開口部側及びその逆側に向かう高圧燃料の圧力が印加され、前記噴射開口部側に向かう圧力を加える高圧燃料は、前記ピストンが前記噴射開口部側に変位することで、前記蓄圧室へ燃料を供給する燃料タンク側に流出するよう構成されてなることを特徴とする。   The invention according to claim 8 is the invention according to any one of claims 1 to 7, wherein the fuel injection valve is supplied with fuel from a pressure accumulating chamber for storing high-pressure fuel, and the fuel injection valve is connected to the piston. A nozzle needle provided closer to the injection opening, and the nozzle needle is applied with a pressure of high-pressure fuel directed toward the injection opening and the opposite side, and applies pressure toward the injection opening. The fuel is configured to flow out to a fuel tank that supplies fuel to the pressure accumulating chamber when the piston is displaced toward the injection opening.

上記構成では、アクチュエータが伸長することでピストンが噴射開口部側に変位すると、ノズルニードルを噴射開口部側に向けて押す高圧燃料が、燃料タンク側へと流出する。このため、ノズルニードルを噴射開口部の逆側に押す力が優勢となり、ノズルニードルが逆側に向けて変位することで、燃料噴射弁が開弁する。   In the above configuration, when the piston is displaced to the injection opening side due to the extension of the actuator, the high-pressure fuel that pushes the nozzle needle toward the injection opening side flows out to the fuel tank side. For this reason, the force which pushes a nozzle needle to the reverse side of an injection opening part becomes dominant, and a fuel injection valve opens because a nozzle needle is displaced toward the reverse side.

(第1の実施形態)
以下、本発明にかかる燃料噴射制御装置をディーゼル機関に搭載される燃料噴射制御装置に適用した第1の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment in which a fuel injection control device according to the present invention is applied to a fuel injection control device mounted on a diesel engine will be described with reference to the drawings.

図1に、本実施形態にかかるエンジンシステムの全体構成を示す。図示されるように、燃料タンク2の燃料は、高圧燃料供給ポンプ4によって汲み上げられ、コモンレール6に加圧供給される。コモンレール6で高圧状態で蓄えられた燃料は、高圧燃料通路8を介して、4気筒のディーゼル機関の各々の気筒に設けられるピエゾインジェクタPIに供給される。また、ピエゾインジェクタPIの各々は、高圧燃料通路8を介して供給された燃料を、リーク燃料として燃料タンク2に戻すための低圧燃料通路10に接続されている。なお、低圧燃料通路10には、チェック弁12が設けられており、低圧燃料通路10内の圧力が所定圧以上となることで開弁し、低圧燃料通路10内の燃料が燃料タンク2へと戻される。   FIG. 1 shows the overall configuration of the engine system according to the present embodiment. As shown in the drawing, the fuel in the fuel tank 2 is pumped up by the high-pressure fuel supply pump 4 and pressurized and supplied to the common rail 6. The fuel stored in the high pressure state in the common rail 6 is supplied to a piezo injector PI provided in each cylinder of a four-cylinder diesel engine through a high pressure fuel passage 8. Further, each of the piezo injectors PI is connected to a low pressure fuel passage 10 for returning the fuel supplied via the high pressure fuel passage 8 to the fuel tank 2 as leak fuel. Note that a check valve 12 is provided in the low pressure fuel passage 10 and is opened when the pressure in the low pressure fuel passage 10 becomes equal to or higher than a predetermined pressure, and the fuel in the low pressure fuel passage 10 is transferred to the fuel tank 2. Returned.

上記エンジンシステムは、更に、コモンレール6内の燃圧を検出する燃圧センサ14や、ディーゼル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等、ディーゼル機関の運転状態を検出する各種センサを備えている。また、エンジンシステムは、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を備えている。   The engine system further includes various sensors that detect the operating state of the diesel engine, such as a fuel pressure sensor 14 that detects the fuel pressure in the common rail 6 and a crank angle sensor 16 that detects the rotation angle of the crankshaft of the diesel engine. Yes. The engine system also includes an accelerator sensor 18 that detects an operation amount of an accelerator pedal by a user.

更に、エンジンシステムは、制御装置20を備えている。制御装置20は、上記各種センサの検出値に基づき、ピエゾインジェクタPI等のディーゼル機関の各種アクチュエータを操作することで、ディーゼル機関の出力を制御する。   Further, the engine system includes a control device 20. The control device 20 controls the output of the diesel engine by operating various actuators of the diesel engine such as the piezo injector PI based on the detection values of the various sensors.

ここで、図2に基づき、ピエゾインジェクタPIの構成について説明する。   Here, the configuration of the piezo injector PI will be described with reference to FIG.

ピエゾインジェクタPIのボディ30の先端には、噴射開口部32が形成されている。また、ボディ30の先端部には、円柱状のニードル収納部34が設けられている。そして、ニードル収納部34には、その軸方向に変位可能なノズルニードル36が収納されている。ノズルニードル36は、ボディ30の先端部に形成されている環状のニードルシート部38に着座することで、ニードル収納部34を外部(ディーゼル機関の燃焼室)から遮断する一方、ニードルシート部38から離座することで、ニードル収納部34を外部と連通させる。また、ニードル収納部34には、上記高圧燃料通路8へ供給された高圧燃料が供給される。   An injection opening 32 is formed at the tip of the body 30 of the piezo injector PI. In addition, a cylindrical needle storage portion 34 is provided at the distal end portion of the body 30. The needle storage portion 34 stores a nozzle needle 36 that can be displaced in the axial direction. The nozzle needle 36 is seated on an annular needle seat portion 38 formed at the distal end portion of the body 30, thereby blocking the needle storage portion 34 from the outside (combustion chamber of the diesel engine), while from the needle seat portion 38. By separating, the needle storage portion 34 is communicated with the outside. Further, the high-pressure fuel supplied to the high-pressure fuel passage 8 is supplied to the needle storage portion 34.

ノズルニードル36の背面側(ニードルシート部38と対向する側の反対側)は、背圧室40に対向している。背圧室40には、高圧燃料通路8からの燃料がニードル収納部34を介して供給される。また、ノズルニードル36は、スプリング42によって、ニードルシート部38側へ押されている。   The back side of the nozzle needle 36 (the side opposite to the side facing the needle seat portion 38) faces the back pressure chamber 40. Fuel from the high-pressure fuel passage 8 is supplied to the back pressure chamber 40 via the needle storage portion 34. The nozzle needle 36 is pushed toward the needle seat portion 38 by the spring 42.

背圧室40は、バルブ44を介して上記低圧燃料通路10に連通可能とされている。バルブ44は、その背面側が環状のバルブシート部46に着座することで、低圧燃料通路10と背圧室40とを遮断し、ボディ30の先端側へ変位することで、低圧燃料通路10と背圧室40とを連通させる。なお、バルブ44には、スプリング48によってバルブシート部46側の弾性力が加えられている。   The back pressure chamber 40 can communicate with the low pressure fuel passage 10 through a valve 44. The valve 44 is seated on the annular valve seat 46 on the back side, so that the low pressure fuel passage 10 and the back pressure chamber 40 are shut off and displaced toward the front end side of the body 30. The pressure chamber 40 is communicated. An elastic force on the valve seat 46 side is applied to the valve 44 by a spring 48.

バルブ44のうちバルブシート部46側は、ニードル側ピストン49と対向している。ニードル側ピストン49の後部側は、ニードル側ピストン49よりも径の大きなピエゾ側ピストン52の先端と対向している。そして、ニードル側ピストン49、ピエゾ側ピストン52、及びボディ30の内周面によって伝達室54が区画形成されている。伝達室54には、燃料が充填されている。   The valve seat 46 side of the valve 44 faces the needle-side piston 49. The rear side of the needle side piston 49 faces the tip of the piezo side piston 52 having a larger diameter than the needle side piston 49. A transmission chamber 54 is defined by the needle-side piston 49, the piezo-side piston 52, and the inner peripheral surface of the body 30. The transmission chamber 54 is filled with fuel.

一方、ピエゾ側ピストン52は、そのボディ30の後方側がピエゾ素子PEと連結されている。ちなみに、ピエゾ素子PEは、ピエゾ側ピストン52と対向する側の裏面側がボディ30に固定されている。   On the other hand, the piezo-side piston 52 is connected to the piezo element PE on the rear side of the body 30. Incidentally, the back surface of the piezo element PE facing the piezo-side piston 52 is fixed to the body 30.

ピエゾ素子PEは、複数の圧電素子が積層されてなる積層体(ピエゾスタック)を備え、これが逆圧電効果により伸縮することによりアクチュエータとして機能する。具体的には、ピエゾ素子PEは、容量性の負荷であり、充電されることで伸長し、放電されることで収縮する。本実施形態にかかるピエゾ素子PEは、PZT等の圧電材料の圧電素子を利用したものである。   The piezo element PE includes a laminate (piezo stack) formed by laminating a plurality of piezoelectric elements, and functions as an actuator by expanding and contracting due to a reverse piezoelectric effect. Specifically, the piezo element PE is a capacitive load, and expands when charged and contracts when discharged. The piezoelectric element PE according to this embodiment uses a piezoelectric element made of a piezoelectric material such as PZT.

ピエゾ素子PEへ電流が供給されずピエゾ素子PEが収縮状態にあるときには、高圧燃料通路8の高圧燃料により力が及ぼされることから、バルブ44はボディ30の後方に位置することとなる。このとき、バルブ44により背圧室40と低圧燃料通路10とは遮断されている。このため、背圧室40内の燃料の圧力及びニードルスプリング42によって、ノズルニードル36は、ボディ30先端側へと押され、ニードルシート部38に着座した状態(閉弁状態)となる。   When no current is supplied to the piezo element PE and the piezo element PE is in a contracted state, a force is exerted by the high pressure fuel in the high pressure fuel passage 8, so that the valve 44 is positioned behind the body 30. At this time, the back pressure chamber 40 and the low pressure fuel passage 10 are blocked by the valve 44. For this reason, the nozzle needle 36 is pushed toward the distal end side of the body 30 by the pressure of the fuel in the back pressure chamber 40 and the needle spring 42 and is in a state of being seated on the needle seat portion 38 (valve closed state).

一方、ピエゾ素子PEに電流が供給されることでピエゾ素子PEが伸長状態となると、バルブ44は、ボディ30の先端側へ移動する。これにより、背圧室40が低圧燃料通路10と連通される。その結果、背圧室40内の燃料の圧力が低下し、ニードル収納部34内の高圧燃料がノズルニードル36をボディ30の後方へ押す力が、背圧室40内の燃料及びニードルスプリング42がノズルニードル36をボディ30の前方へ押す力よりも所定以上大きくなると、ノズルニードル36は、ニードルシート部38から離座した状態(開弁状態)となる。   On the other hand, when current is supplied to the piezo element PE and the piezo element PE is in the extended state, the valve 44 moves to the tip side of the body 30. As a result, the back pressure chamber 40 communicates with the low pressure fuel passage 10. As a result, the pressure of the fuel in the back pressure chamber 40 is reduced, and the force that the high pressure fuel in the needle housing portion 34 pushes the nozzle needle 36 toward the rear of the body 30 causes the fuel in the back pressure chamber 40 and the needle spring 42 to move. If it becomes larger than the force which pushes the nozzle needle 36 to the front of the body 30 more than predetermined, the nozzle needle 36 will be in the state (valve open state) separated from the needle seat part 38. FIG.

図3に、制御装置20の構成を示す。   FIG. 3 shows the configuration of the control device 20.

図示されるように、バッテリBからECU20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PEを充電するための高電圧(例えば「200〜300V」)に昇圧する。   As shown in the drawing, the electric power supplied from the battery B to the ECU 20 is first supplied to a DC / DC converter 21 which is a booster circuit. The DC / DC converter 21 boosts the voltage of the battery B (for example, “12 V”) to a high voltage (for example, “200 to 300 V”) for charging the piezo element PE.

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PEに供給するための電荷を蓄える。ちなみに、コンデンサ22は、ピエゾ素子PEへの一回の充電処理によってはその電圧がほとんど変化しないような容量(例えば「数100μF」程度)を有するものであることが望ましい。   The boosted voltage of the DC / DC converter 21 is applied to the capacitor 22. One terminal of the capacitor 22 is connected to the DC / DC converter 21 side, and the other terminal is grounded. Then, when the boosted voltage of the DC / DC converter 21 is applied to the capacitor 22, the capacitor 22 stores electric charge to be supplied to the piezo element PE. Incidentally, it is desirable that the capacitor 22 has a capacitance (for example, about “several hundred μF”) such that the voltage hardly changes by a single charging process to the piezo element PE.

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PE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PEの低電位となる端子側は、接地されている。   The terminal side of the capacitor 22 that becomes a high potential, that is, the DC / DC converter 21 side is connected to the terminal side that becomes a high potential of the piezo element PE via a series connection body of the charge switch 23 and the charge / discharge coil 24. It is connected. And the terminal side which becomes the low electric potential of the piezo element PE is grounded.

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。   One terminal of a discharge switch 25 is connected between the charge switch 23 and the charge / discharge coil 24, and the other terminal of the discharge switch 25 is grounded.

放電スイッチ25には、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、そのカソード側がコンデンサ22及び充放電コイル24との間に、またそのアノード側が接地側にそれぞれ接続されている。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PE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。   A diode 26 is connected in parallel to the discharge switch 25. The cathode of the diode 26 is connected between the capacitor 22 and the charge / discharge coil 24, and the anode thereof is connected to the ground side. The diode 26, together with the capacitor 22, the charge switch 23, and the charge / discharge coil 24, constitutes a chopper circuit that charges the piezo element PE, and functions as a freewheeling diode.

一方、充電スイッチ23には、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、そのカソード側がコンデンサ22側と、またそのアノード側が放電スイッチ25側と接続されている。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PE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。   On the other hand, a diode 27 is connected to the charging switch 23 in parallel. The diode 27 has a cathode side connected to the capacitor 22 side and an anode side connected to the discharge switch 25 side. The diode 27, together with the capacitor 22, the charge / discharge coil 24, and the discharge switch 25, constitutes a chopper circuit that discharges the electric charge of the piezo element PE, and functions as a freewheeling diode.

上記構成の駆動回路は、マイクロコンピュータ28により駆動される。詳しくは、マイクロコンピュータ28では、ディーゼル機関の運転状態等を検出する各種センサの検出値に基づき、充電スイッチ23や放電スイッチ25を操作する。これら各操作は、図4に示す態様にて行なわれる。   The drive circuit having the above configuration is driven by the microcomputer 28. Specifically, the microcomputer 28 operates the charge switch 23 and the discharge switch 25 based on the detection values of various sensors that detect the operating state of the diesel engine. Each of these operations is performed in the manner shown in FIG.

図4(a)に充電スイッチ23の操作態様の推移を示し、図4(b)に放電スイッチ25の操作態様の推移を示し、図4(c)にピエゾ素子PEを介して流れる電流(操作電流)の推移を示し、図4(d)にピエゾ素子PEの操作電圧の推移を示す。   FIG. 4A shows the transition of the operation mode of the charge switch 23, FIG. 4B shows the transition of the operation mode of the discharge switch 25, and FIG. 4C shows the current flowing through the piezo element PE (operation). The transition of the operation voltage of the piezo element PE is shown in FIG. 4 (d).

図示されるように、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PE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PE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PEに充電される。このとき、ピエゾ素子PEを介して流れる電流量が増加する。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PE、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PEに充電される。このとき、ピエゾ素子PEを介して流れる電流量が減少する。   As shown in the figure, the piezo element PE is charged while increasing / decreasing the operation current by the chopper control by turning on / off the charging switch 23. Specifically, when the charging switch 23 is turned on, a closed loop circuit including the capacitor 22, the charging switch 23, the charging / discharging coil 24, and the piezo element PE is formed. Thereby, the electric charge of the capacitor 22 is charged into the piezo element PE. At this time, the amount of current flowing through the piezo element PE increases. On the other hand, after the charging switch 23 is turned on, the charging switch 23 is turned off, thereby forming a closed loop circuit including the charging / discharging coil 24, the piezoelectric element PE, and the diode 26. Thereby, the flywheel energy of the charging / discharging coil 24 is charged in the piezo element PE. At this time, the amount of current flowing through the piezo element PE decreases.

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われることで、ピエゾ素子PEが充電され、ピエゾ素子PEの高電位となる端子側の電位が上昇する。これにより、ピエゾ素子PEが伸長し、ピエゾインジェクタPIが開弁する。   By performing the step-down chopper control in which the charging switch 23 is operated in the above-described manner, the piezo element PE is charged, and the potential on the terminal side that becomes the high potential of the piezo element PE rises. As a result, the piezo element PE extends and the piezo injector PI opens.

一方、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PE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PEによって閉ループ回路が形成される。これにより、ピエゾ素子PEが放電される。このとき、ピエゾ素子PE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PE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。   On the other hand, the piezo element PE is discharged while increasing / decreasing the operation current by the chopper control by the on / off operation of the discharge switch 25. Specifically, when the discharge switch 25 is turned on, a closed loop circuit is formed by the discharge switch 25, the charge / discharge coil 24, and the piezoelectric element PE. Thereby, the piezo element PE is discharged. At this time, the amount of current flowing through the piezo element PE increases. Furthermore, after the discharge switch 25 is turned on, the discharge switch 25 is turned off, whereby a closed loop circuit is formed by the capacitor 22, the diode 27, the charge / discharge coil 24, and the piezoelectric element PE. Thereby, the flywheel energy of the charge / discharge coil 24 is recovered by the capacitor 22.

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われることで、ピエゾ素子PEが放電され、ピエゾ素子PEの高電位となる端子側の電位が低下する。これにより、ピエゾ素子PEが収縮し、ピエゾインジェクタPIが閉弁する。   By performing the step-up chopper control in which the discharge switch 25 is operated in the above-described manner, the piezo element PE is discharged, and the potential on the terminal side that becomes the high potential of the piezo element PE is lowered. Thereby, the piezo element PE contracts and the piezo injector PI is closed.

ところで、ピエゾインジェクタPIによる燃料噴射制御において、ディーゼル機関の運転状態によっては、ピエゾインジェクタPIの開弁の応答性が低下することが発明者らによって見出されている。以下、これについて、図5を用いて詳述する。   By the way, in the fuel injection control by the piezo injector PI, the inventors have found that the responsiveness of opening the piezo injector PI is lowered depending on the operation state of the diesel engine. Hereinafter, this will be described in detail with reference to FIG.

図5(a)は、ピエゾインジェクタPIのうち、特にニードル側ピストン49の周辺の断面構造を示し、図5(b)は、噴射期間の指令値(指令噴射期間)を示し、図5(c)及び図5(d)は、噴射率を示している。   5A shows a cross-sectional structure around the needle-side piston 49 in the piezo injector PI, FIG. 5B shows a command value (command injection period) of the injection period, and FIG. ) And FIG. 5D show the injection rate.

図示されるように、燃料噴射開始前には、ピエゾ素子PEが収縮状態となっており、バルブ44がバルブシート部46に着座している。ここで、ピエゾ素子PEが伸長すると、ピエゾ素子PEがピエゾ側ピストン52及び伝達室54の燃料を介してニードル側ピストン49を押すために、バルブ44は、バルブシート部46から離座する。この状態では、伝達室54内の燃料の圧力が高まるため、伝達室54から極微小な量ではあるが燃料が漏れ出ることとなる。   As shown in the figure, the piezo element PE is in a contracted state before the start of fuel injection, and the valve 44 is seated on the valve seat portion 46. Here, when the piezo element PE extends, the piezo element PE pushes the needle side piston 49 through the fuel in the piezo side piston 52 and the transmission chamber 54, so that the valve 44 is separated from the valve seat portion 46. In this state, the pressure of the fuel in the transmission chamber 54 increases, so that the fuel leaks from the transmission chamber 54 although it is a very small amount.

これに対し、ピエゾ素子PEが収縮すると、ニードル側ピストン49がピエゾ素子PE側に変位するため、バルブ44は、バルブシート部46に着座する。ただし、ニードル側ピストン49には、スプリング50によって上記噴射開口部32側の弾性力が加えられているため、伝達室54内の燃料の圧力は上記低圧燃料通路10側よりも低くなり得る。このため、低圧燃料通路10側から伝達室54へ燃料が充填される。   On the other hand, when the piezo element PE contracts, the needle side piston 49 is displaced to the piezo element PE side, so that the valve 44 is seated on the valve seat portion 46. However, since the elastic force on the injection opening 32 side is applied to the needle side piston 49 by the spring 50, the fuel pressure in the transmission chamber 54 can be lower than that on the low pressure fuel passage 10 side. For this reason, the fuel is filled into the transmission chamber 54 from the low pressure fuel passage 10 side.

そして、伝達室54内に充填される燃料の圧力による力とスプリング50による弾性力とが釣り合うところで、燃料の充填は終了し、ニードル側ピストン49は定常的に安定した状態となる。ただし、上記燃料の充填が終了してニードル側ピストン49が定常的に安定となる前に再度燃料噴射がなされる場合には、伝達室54内の燃料が減少しているために、ニードル側ピストン49がバルブ44に接していない状態からニードル側ピストン49の変位が開始されることとなる。   Then, when the force due to the pressure of the fuel filled in the transmission chamber 54 and the elastic force due to the spring 50 are balanced, the fuel filling is completed, and the needle-side piston 49 is in a steady and stable state. However, when fuel injection is performed again before the fuel filling is completed and the needle-side piston 49 is steadily stabilized, the fuel in the transmission chamber 54 is reduced, so the needle-side piston The displacement of the needle side piston 49 is started from the state where the valve 49 is not in contact with the valve 44.

このため、図5(c)に示す伝達室54内の燃料の充填量が十分な場合と比較して、図5(c)に示す伝達室54内の燃料の充填量が不足する場合には、実際の噴射開始タイミングが遅れる。また、この場合には、上記ノズルニードル36の最大リフト量が減少するため、実際の燃料噴射の終了タイミングが早まる。図5(c)及び図5(d)に示す場合について、噴射期間とノズルニードル36のリフト量と噴射率との関係を、図6(a)〜図6(c)に示す。図示されるように、リフト量の増加の開始タイミングは、上記伝達室54内の燃料の充填量が十分な場合(図中、実線)と比較して不足する場合(図中、一点鎖線)に遅れが生じる。このため、リフト量の減少開始タイミングであるピエゾ素子PEの放電開始タイミング時のリフト量がこれら2つのケースで相違するため、実際の噴射率がゼロとなるタイミングも相違することとなる。このため、充填量が不十分な場合には、十分な場合と比較して、実際の噴射開始タイミングが遅れ且つ実際の噴射終了タイミングが早まるため、燃料噴射量が減少する。   Therefore, when the fuel filling amount in the transmission chamber 54 shown in FIG. 5C is insufficient as compared with the case where the fuel filling amount in the transmission chamber 54 shown in FIG. 5C is sufficient. The actual injection start timing is delayed. In this case, since the maximum lift amount of the nozzle needle 36 is reduced, the actual fuel injection end timing is advanced. The relationship between the injection period, the lift amount of the nozzle needle 36 and the injection rate for the cases shown in FIGS. 5C and 5D is shown in FIGS. As shown in the figure, the start timing of the increase in the lift amount is when the fuel filling amount in the transmission chamber 54 is insufficient (solid line in the figure) and short (dotted line in the figure). There is a delay. For this reason, the lift amount at the discharge start timing of the piezo element PE, which is the decrease start timing of the lift amount, is different in these two cases, so the timing at which the actual injection rate becomes zero is also different. For this reason, when the filling amount is insufficient, the actual injection start timing is delayed and the actual injection end timing is advanced as compared with a sufficient case, so that the fuel injection amount is reduced.

そこで本実施形態では、ピエゾ素子PEの伸長による伝達室54からの燃料の漏れ量がピエゾ素子PEの収縮による伝達室54への燃料の充電量よりも多くなるとき、図6(a)に破線にて示すように、充電開始タイミングを早める処理を行なう。以下、これについて、図7に基づき詳述する。   Therefore, in the present embodiment, when the amount of fuel leakage from the transmission chamber 54 due to the expansion of the piezo element PE is larger than the amount of fuel charged into the transmission chamber 54 due to the contraction of the piezo element PE, a broken line in FIG. As shown by, a process for advancing the charge start timing is performed. Hereinafter, this will be described in detail with reference to FIG.

図7に、本実施形態にかかる燃料噴射制御の処理手順を示す。この処理は、制御装置20により、例えば所定周期で繰り返し実行される。   FIG. 7 shows a processing procedure of fuel injection control according to the present embodiment. This process is repeatedly executed by the control device 20 at a predetermined cycle, for example.

この一連の処理では、まずステップS10において、アクセルセンサ18によって検出されるアクセルペダルの操作量と、クランク角センサ16の検出値に基づくディーゼル機関の出力軸の回転速度とに基づき、アクセルペダルの操作量に応じて要求される出力トルクを生成するための噴射量(要求噴射量)を算出する。   In this series of processing, first, in step S10, the accelerator pedal operation is performed based on the operation amount of the accelerator pedal detected by the accelerator sensor 18 and the rotational speed of the output shaft of the diesel engine based on the detected value of the crank angle sensor 16. An injection amount (requested injection amount) for generating output torque required according to the amount is calculated.

続くステップS12においては、要求噴射量と回転速度とに基づき、燃料噴射の段数を算出する。すなわち、本実施形態では、燃焼サイクルの1サイクル内で、パイロット噴射、メイン噴射、アフタ噴射の中からいくつかを選択して、これら選択した噴射を行なう多段噴射制御を行う。ここで、パイロット噴射は、極微小な燃料が噴射されて着火の直前の燃料と空気との混合を促進させるとともに、メイン噴射後の着火時期の遅れを短縮して窒素酸化物(NOx)の発生を抑制し、燃焼音及び振動を低減する。メイン噴射は、ディーゼル機関の出力トルクの生成に寄与して且つ多段噴射中の最大の噴射量を有する。アフタ噴射は、微粒子物質(PM)を再燃焼させる。ここでは、例えば噴射段数が「2」であるときには、1段のパイロット噴射と、1段のメイン噴射を行い、噴射段数が「4」であるときには、2段のパイロット噴射と1段のメイン噴射と1段のアフタ噴射とを行う。   In the subsequent step S12, the number of stages of fuel injection is calculated based on the required injection amount and the rotational speed. In other words, in the present embodiment, several stages are selected from pilot injection, main injection, and after injection within one cycle of the combustion cycle, and multistage injection control for performing these selected injections is performed. Here, in pilot injection, a very small amount of fuel is injected to promote the mixing of fuel and air immediately before ignition, and the ignition timing delay after main injection is shortened to generate nitrogen oxides (NOx). To reduce combustion noise and vibration. The main injection contributes to the generation of output torque of the diesel engine and has the maximum injection amount during multi-stage injection. After-injection recombusts particulate matter (PM). Here, for example, when the number of injection stages is “2”, one stage of pilot injection and one stage of main injection are performed, and when the number of injection stages is “4”, two stages of pilot injection and one stage of main injection are performed. And one-stage after injection.

続くステップS14においては、上記噴射段数によって定められた複数の噴射のそれぞれの噴射開始時期の指令値(指令噴射開始時期)と噴射期間の指令値(指令噴射期間)とを算出する。続くステップS16においては、単一の気筒における1燃料サイクル内の合計の噴射期間(ピエゾ素子PEの伸長時間)と噴射を行わない時間(ピエゾ素子PEの収縮時間)との比ktを算出する。すなわち、図8(a)に噴射段数が4段の場合について例示するように、各指令噴射期間t1〜t4の合計時間を上記合計の噴射期間tonとする。そして、上記比ktを、回転速度NEを用いて、「kt=ton/toff=ton/{(2×60×1000/NE)−ton}」によって算出する。ここでは、回転速度NEが1分間当たりの回転数として定義されていることと、噴射期間tonが1ミリ秒を単位としていることと、出力軸の2回転が1燃焼サイクルと対応することとを考慮している。   In subsequent step S14, a command value (command injection start time) and a command value (command injection period) of the injection period for each of the plurality of injections determined by the number of injection stages are calculated. In the subsequent step S16, a ratio kt between the total injection period (elongation time of the piezo element PE) in one fuel cycle and the time during which injection is not performed (contraction time of the piezo element PE) in a single cylinder is calculated. That is, as illustrated in FIG. 8A for the case where the number of injection stages is four, the total time of the command injection periods t1 to t4 is set as the total injection period ton. Then, the ratio kt is calculated by “kt = ton / toff = ton / {(2 × 60 × 1000 / NE) −ton}” using the rotational speed NE. Here, the rotational speed NE is defined as the number of revolutions per minute, the injection period ton is in units of 1 millisecond, and two rotations of the output shaft correspond to one combustion cycle. I am considering.

この比ktは、上記伝達室54からの燃料の漏れ量が伝達室54への燃料の充填量よりも多くなる条件が成立するか否かを判断するためのパラメータである。すなわち、比ktが大きいほど、伝達室54から燃料が漏れる期間が長くなって且つ伝達室54に燃料が充填される時間が短くなるため、この比ktによって、上記条件の成立の有無を判断することができる。   The ratio kt is a parameter for determining whether or not the condition that the amount of fuel leakage from the transmission chamber 54 is larger than the amount of fuel filling the transmission chamber 54 is satisfied. That is, the larger the ratio kt, the longer the period in which the fuel leaks from the transmission chamber 54 and the shorter the time during which the fuel is filled in the transmission chamber 54. Therefore, whether or not the above condition is satisfied is determined based on this ratio kt. be able to.

詳しくは、本実施形態においては、図8(b)に示すように、比ktとコモンレール6内の燃圧NPCとによって、上記伝達室54からの燃料の漏れ量が伝達室54への燃料の充填量よりも多くなる領域を「噴射開始遅れ発生領域」として特定する。ここで、この領域を特定するために燃圧を用いるのは、燃圧が高いほど、ピエゾ素子PEの伸長に際し伝達室54に加わる燃圧が高くなることから、伝達室54から燃料が漏れやすいことによる。   Specifically, in the present embodiment, as shown in FIG. 8B, the amount of fuel leakage from the transmission chamber 54 is filled with the fuel into the transmission chamber 54 by the ratio kt and the fuel pressure NPC in the common rail 6. A region that exceeds the amount is specified as an “injection start delay generation region”. Here, the reason why the fuel pressure is used to specify this region is that the fuel pressure applied to the transmission chamber 54 when the piezo element PE is extended increases as the fuel pressure increases, so that the fuel easily leaks from the transmission chamber 54.

上記性質に鑑み、先の図7の上記ステップS16の処理が完了すると、ステップS18において、比ktが閾値α以上であるか否かを判断する。ここで、閾値αは、伝達室54からの燃料の漏れ量が伝達室54への燃料の充填量よりも多くなる条件が成立するか否かを判断するための値である。この閾値αは、燃圧センサ14によって検出されるコモンレール6内の燃圧に応じて可変設定される。詳しくは、先の図8(b)に示す関係から、燃圧が高いほど閾値αを低下させる。   In view of the above properties, when the processing in step S16 in FIG. 7 is completed, it is determined in step S18 whether the ratio kt is equal to or greater than the threshold value α. Here, the threshold value α is a value for determining whether or not a condition that the amount of fuel leakage from the transmission chamber 54 is larger than the amount of fuel filling the transmission chamber 54 is satisfied. This threshold value α is variably set according to the fuel pressure in the common rail 6 detected by the fuel pressure sensor 14. Specifically, from the relationship shown in FIG. 8B, the threshold value α is decreased as the fuel pressure increases.

上記閾値α以上であると判断されると、上記条件が成立しているとして、ステップS20に移行する。ステップS20では、先の図6(a)に破線にて示したように、ピエゾ素子PEに対して充電を開始する時期を進角側に補正する。なお、この際、上記比ktや、燃圧に応じて進角側の補正量を可変設定してもよい。すなわち、例えば比ktが大きいほど、また、燃圧が高いほど、進角側補正量を大きくしてもよい。   If it is determined that the threshold value α is equal to or greater than the threshold value α, it is determined that the condition is satisfied, and the process proceeds to step S20. In step S20, as shown by the broken line in FIG. 6A, the timing for starting charging the piezo element PE is corrected to the advance side. At this time, the advance side correction amount may be variably set according to the ratio kt or the fuel pressure. That is, for example, the advance side correction amount may be increased as the ratio kt increases or as the fuel pressure increases.

上記ステップS18において否定判断されるときや、ステップS20の処理が完了するときには、ステップS22に移行する。ステップS22においては、ピエゾ素子PEの充電処理及び放電処理を行なう。ここでは、上記ステップS20の処理がなされていないときには、上記ステップS14にて算出された指令噴射開始時期にピエゾ素子の充電を開始すればよく、また、上記ステップS14の処理がなされているときには、指令噴射開始時期よりも進角したタイミングでピエゾ素子PEの充電を開始すればよい。また、放電開始時期は、上記ステップS14にて算出される指令噴射開始時期から指令噴射期間が経過したときとすればよい。すなわち、放電開始タイミングは、ステップS20による処理の有無にかかわらず同一とする。   When a negative determination is made in step S18 or when the process of step S20 is completed, the process proceeds to step S22. In step S22, the piezo element PE is charged and discharged. Here, when the process of step S20 is not performed, charging of the piezo element may be started at the command injection start time calculated in step S14. When the process of step S14 is performed, The charging of the piezo element PE may be started at a timing advanced from the command injection start timing. Further, the discharge start timing may be set when the command injection period has elapsed from the command injection start timing calculated in step S14. That is, the discharge start timing is the same regardless of the presence or absence of the process in step S20.

なお、上記ステップS22の処理が完了すると、この一連の処理を一旦終了する。   When the process of step S22 is completed, this series of processes is temporarily terminated.

以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。   According to the embodiment described in detail above, the following effects can be obtained.

(1)ピエゾ素子PEの伸長操作による伝達室54からの燃料の漏れ量がピエゾ素子PEの収縮操作による伝達室54への燃料の充填量よりも多くなる条件が成立するとき、ピエゾ素子PEの充電開始を早めた。これにより、ピエゾインジェクタPIの開弁の応答性を高く維持することができる。   (1) When the condition that the amount of fuel leakage from the transmission chamber 54 due to the expansion operation of the piezo element PE is larger than the amount of fuel filling the transmission chamber 54 due to the contraction operation of the piezo element PE is satisfied. Faster charge start. Thereby, the responsiveness of valve opening of the piezo injector PI can be maintained high.

(2)ピエゾ素子PEの収縮時間に対する伸長時間の比、換言すれば、単一の気筒における1燃料サイクル内の合計の噴射時間と噴射を行わない時間との比ktが閾値α以上であることに基づき、上記条件の成立の有無を適切に判断することができる。   (2) The ratio of the expansion time to the contraction time of the piezo element PE, in other words, the ratio kt between the total injection time in one fuel cycle and the time during which no injection is performed in a single cylinder is greater than or equal to the threshold value α. Based on the above, it is possible to appropriately determine whether or not the above condition is satisfied.

(3)圧力が高いほど閾値αを低下させることで、漏れ量が充填量よりも多くなる条件の成立の有無を適切に判断することができる。   (3) By reducing the threshold value α as the pressure increases, it is possible to appropriately determine whether or not the condition that the leakage amount is larger than the filling amount is satisfied.

(4)ピエゾインジェクタPIには、ニードル側ピストン49をピエゾ素子PEの伸長方向に押すスプリング50が備えられており、伝達室54には、外部から所定圧の燃料が流入可能とした。これにより、ピエゾ素子PEが収縮した状態では、伝達室54内に燃料が流入することで、伝達室54から漏れた燃料を補充することが可能となっている。   (4) The piezo injector PI is provided with a spring 50 that pushes the needle-side piston 49 in the extending direction of the piezo element PE, and fuel of a predetermined pressure can flow into the transmission chamber 54 from the outside. As a result, when the piezo element PE is contracted, fuel flows into the transmission chamber 54, so that the fuel leaking from the transmission chamber 54 can be replenished.

(5)ピエゾインジェクタPIのノズルニードル36には、噴射開口部32側及びその逆側に向かう高圧燃料の圧力が印加され、噴射開口部32側に向かう圧力を加える高圧燃料は、ニードル側ピストン49が噴射開口部32側に変位することで、コモンレール6へ燃料を供給する燃料タンク2側に流出するよう構成した。これにより、ピエゾ素子PEが伸長することでニードル側ピストン49が噴射開口部32側に変位すると、ノズルニードル36を噴射開口部32側に向けて押す高圧燃料が、燃料タンク2側へと流出する。このため、ノズルニードル36を噴射開口部32の逆側に押す力が優勢となり、ノズルニードル36が逆側に向けて変位することで、ピエゾインジェクタPIが開弁する。   (5) The pressure of the high pressure fuel applied to the injection opening 32 side and the opposite side is applied to the nozzle needle 36 of the piezo injector PI. Is displaced to the injection opening 32 side, and flows out to the fuel tank 2 side for supplying fuel to the common rail 6. Thereby, when the piezo element PE extends and the needle-side piston 49 is displaced toward the injection opening 32, the high-pressure fuel that pushes the nozzle needle 36 toward the injection opening 32 flows out to the fuel tank 2 side. . For this reason, the force which pushes the nozzle needle 36 to the reverse side of the injection opening 32 becomes dominant, and the piezo injector PI is opened by the nozzle needle 36 being displaced toward the reverse side.

(第2の実施形態)
以下、第2の実施形態について、先の第1の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
(Second Embodiment)
Hereinafter, the second embodiment will be described with reference to the drawings with a focus on differences from the first embodiment.

図9に、本実施形態にかかる燃料噴射制御の処理手順を示す。この処理は、制御装置20により、例えば所定周期で繰り返し実行される。なお、図9において、先の図7と同一の処理については、便宜上、同一の符号を付している。   FIG. 9 shows a processing procedure of fuel injection control according to the present embodiment. This process is repeatedly executed by the control device 20 at a predetermined cycle, for example. In FIG. 9, the same processes as those in FIG. 7 are given the same reference numerals for the sake of convenience.

本実施形態では、ステップS18aにおいて、閾値αを、ピエゾ素子PEの伸長状態時におけるピエゾ素子PEの電圧に応じて可変設定する。詳しくは、ピエゾ素子PEの電圧が高いほど、閾値αを小さくする。ここでは、ピエゾ素子PEの電圧を、伝達室54内の燃圧と相関を有するパラメータとして使用している。   In the present embodiment, in step S18a, the threshold value α is variably set according to the voltage of the piezo element PE when the piezo element PE is in the expanded state. Specifically, the threshold value α is decreased as the voltage of the piezo element PE increases. Here, the voltage of the piezo element PE is used as a parameter having a correlation with the fuel pressure in the transmission chamber 54.

すなわち、ピエゾ素子PEの電圧は、ピエゾ素子PEの伸長量と、ピエゾ素子PEに加わる力とによって定まる。ここで、ピエゾ素子PEの電圧が高いほどピエゾ素子PEの伸長量が長くなる。そして、伸長量が長いほど、伝達室54が圧縮されるため、伝達室54内の燃圧が上昇する。このため、ピエゾ素子PEの電圧が高いほど伝達室54内の燃圧が高くなる。また、ピエゾ素子PEに加わる力が大きいほど圧電効果によってピエゾ素子PEの電圧が高くなる。そして、ピエゾ素子PEに加わる力は、伝達室54内の燃圧によって定まる。このため、ピエゾ素子PEの電圧が高いほど、伝達室54内の燃圧が高いと考えられる。   That is, the voltage of the piezo element PE is determined by the extension amount of the piezo element PE and the force applied to the piezo element PE. Here, the higher the voltage of the piezo element PE, the longer the extension amount of the piezo element PE. And as the extension amount is longer, the transmission chamber 54 is compressed, so the fuel pressure in the transmission chamber 54 increases. For this reason, the higher the voltage of the piezo element PE, the higher the fuel pressure in the transmission chamber 54. Further, the greater the force applied to the piezo element PE, the higher the voltage of the piezo element PE due to the piezoelectric effect. The force applied to the piezo element PE is determined by the fuel pressure in the transmission chamber 54. For this reason, it is considered that the higher the voltage of the piezo element PE, the higher the fuel pressure in the transmission chamber 54.

このため、ピエゾ素子PEの電圧が高いほど、伝達室54からの燃料の漏れ量の方が、伝達室54への燃料の充填量よりも多くなると考えられる。このため、ピエゾ素子PEの電圧が高いほど閾値αを小さな値とした。   For this reason, it is considered that the higher the voltage of the piezo element PE, the greater the amount of fuel leakage from the transmission chamber 54 than the amount of fuel filling the transmission chamber 54. For this reason, the threshold value α is set to a smaller value as the voltage of the piezo element PE is higher.

なお、ピエゾ素子PEの電圧、すなわち、ピエゾ素子PEの高電位となる端子側と接地との間の電圧は、この電圧を2つの抵抗体によって分圧することで制御装置20内のマイクロコンピュータ28等によって扱える電圧に変換して検出すればよい。   Note that the voltage of the piezo element PE, that is, the voltage between the terminal side of the piezo element PE, which is at a high potential, and the ground is divided by two resistors so that the microcomputer 28 in the control device 20 and the like. It may be detected by converting to a voltage that can be handled by

以上説明した本実施形態によれば、先の第1の実施形態の上記(1)、(2)、(4)、(5)の効果に加えて、更に以下の効果が得られるようになる。   According to the present embodiment described above, in addition to the effects (1), (2), (4), and (5) of the first embodiment, the following effects can be obtained. .

(6)ピエゾ素子PEの電圧が高いほど閾値αを低下させることで、漏れ量が充填量よりも多くなる条件の成立の有無を適切に判断することができる。   (6) By decreasing the threshold value α as the voltage of the piezo element PE is higher, it is possible to appropriately determine whether or not the condition that the leakage amount is larger than the filling amount is satisfied.

(第3の実施形態)
以下、第3の実施形態について、先の第1の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
(Third embodiment)
Hereinafter, the third embodiment will be described with reference to the drawings with a focus on differences from the first embodiment.

ピエゾ素子PEの容量(ピエゾ素子PEに蓄えられる電荷とピエゾ素子PEの電圧とを関係付ける見かけの容量)Cは、温度依存性を有する。詳しくは、温度が高くなるほど容量Cが増加する。このように、ピエゾ素子PEの電気的な特性が温度に応じて変化するため、電気的な状態量に基づきピエゾ素子PEの変位量を制御することは困難である。実際、ピエゾ素子PEの電圧に対する変位量の比によって定義される圧電率dは、温度が高いほど大きくなる。このため、ピエゾ素子PEの電圧によってピエゾ素子PEの変位量を制御する場合には、その制御精度を高く維持することが困難である。   The capacitance C of the piezo element PE (the apparent capacitance that relates the electric charge stored in the piezo element PE and the voltage of the piezo element PE) C has temperature dependence. Specifically, the capacity C increases as the temperature increases. Thus, since the electrical characteristics of the piezo element PE change according to the temperature, it is difficult to control the displacement amount of the piezo element PE based on the electrical state quantity. Actually, the piezoelectric rate d defined by the ratio of the displacement amount to the voltage of the piezo element PE increases as the temperature increases. For this reason, when the displacement amount of the piezo element PE is controlled by the voltage of the piezo element PE, it is difficult to maintain high control accuracy.

そこで本実施形態では、ピエゾ素子PEを充電することでピエゾ素子PEを伸長制御するに際し、ピエゾ素子PEに供給するエネルギ量を定める。ピエゾ素子PEのエネルギが同一であれば、ピエゾ素子PEの温度の変動にかかわらず、ピエゾ素子PEの変位量を略一定とすることができるからである。これは、簡易的には、以下のようにして説明される。すなわち、ピエゾ素子PEのエネルギEを一定とする場合、温度の上昇につれて上記関係から容量が大きくなると、電圧Vは、「E=1/2CV2」の関係から低下する。このため、温度が上昇するにつれて圧電率dが増加する効果は、温度の上昇に伴う電圧の低下の効果によって相殺される。なお、エネルギを一定とした場合にピエゾ素子PEの変位量が略一定となることについての詳細は、例えば特開2005−130561号公報に記載されている。 Therefore, in the present embodiment, the amount of energy supplied to the piezo element PE is determined when the piezo element PE is extended and controlled by charging the piezo element PE. This is because, if the energy of the piezo element PE is the same, the displacement amount of the piezo element PE can be made substantially constant regardless of the temperature variation of the piezo element PE. This is simply explained as follows. That is, when the energy E of the piezo element PE is constant, the voltage V decreases from the relationship “E = ½ CV 2 ” when the capacity increases from the above relationship as the temperature increases. For this reason, the effect of increasing the piezoelectric ratio d as the temperature rises is offset by the effect of the voltage drop accompanying the temperature rise. Note that details of the amount of displacement of the piezo element PE being substantially constant when the energy is constant are described in, for example, JP-A-2005-130561.

そして本実施形態では、エネルギを一定とする制御をすべく、図10に示す態様にて充電スイッチ23及び放電スイッチ25を操作する。以下、充電スイッチ23を例にとって説明する。図示されるように、充電スイッチ23をオン状態とする時間を充電処理の間中一定とし、且つオフ状態とする時間をピエゾ素子PEを介して流れる電流がゼロとなるまでの時間とする。換言すれば、電流の増加操作から減少操作へと切り替えるタイミングを増加操作時間が予め定められた時間となるときとして且つ、電流の減少操作から増加操作へと切り替えるタイミングを電流がゼロとなるときとする。これにより、単位時間当たりにピエゾ素子PEに供給されるエネルギ量を、ピエゾ素子PEの温度にかかわらず略一定とすることができるため、充電時間によって簡易にピエゾ素子PEに供給されるエネルギを制御することができる。なお、上記態様のチョッパ制御により単位時間当たりのピエゾ素子PEに供給されるエネルギ量を一定とすることができることについては、例えば上記特許文献1に記載されている。   In the present embodiment, the charge switch 23 and the discharge switch 25 are operated in the manner shown in FIG. 10 in order to control the energy to be constant. Hereinafter, the charging switch 23 will be described as an example. As shown in the figure, the time for turning on the charging switch 23 is constant throughout the charging process, and the time for turning off the charging switch 23 is the time until the current flowing through the piezo element PE becomes zero. In other words, the timing for switching from the current increasing operation to the decreasing operation is set as the time when the increasing operation time becomes a predetermined time, and the timing for switching from the current decreasing operation to the increasing operation is set when the current becomes zero. To do. As a result, the amount of energy supplied to the piezo element PE per unit time can be made substantially constant regardless of the temperature of the piezo element PE, so the energy supplied to the piezo element PE can be easily controlled by the charging time. can do. For example, Patent Document 1 discloses that the amount of energy supplied to the piezo element PE per unit time can be made constant by the chopper control of the above aspect.

上記態様にてピエゾ素子PEの伸長量を高精度に制御することができる。詳しくは、本実施形態では、上記燃圧センサ14によって検出されるコモンレール6内の燃圧に応じたエネルギ量の充電を行なうことで伸長量を所望に制御する。ここで、燃圧に応じてエネルギ量を可変とするのは、ピエゾ素子PEの変位量が、ピエゾ素子PEの変位方向と逆方向に外部から加わる力に応じて変化するためである。一方、ピエゾインジェクタPIを開弁させるためには、換言すれば、先の図2に示したノズルニードル36をボディ30の後方に変位させるためには、高圧燃料通路8を介して供給される燃料がバルブ44をバルブシート部46側へ押す力に打ち勝つ力をピエゾ素子PEによって発生させなければならない。このため、ピエゾ素子PEの変位方向と逆方向に加わる力は、燃料の圧力に応じて変化する。   In the above embodiment, the extension amount of the piezo element PE can be controlled with high accuracy. Specifically, in the present embodiment, the amount of extension is controlled as desired by charging the amount of energy corresponding to the fuel pressure in the common rail 6 detected by the fuel pressure sensor 14. Here, the amount of energy is made variable according to the fuel pressure because the displacement amount of the piezo element PE changes according to the force applied from the outside in the direction opposite to the displacement direction of the piezo element PE. On the other hand, in order to open the piezo injector PI, in other words, in order to displace the nozzle needle 36 shown in FIG. 2 to the rear of the body 30, the fuel supplied via the high-pressure fuel passage 8 is used. Must overcome the force that pushes the valve 44 toward the valve seat 46 by the piezo element PE. For this reason, the force applied in the direction opposite to the displacement direction of the piezo element PE changes according to the fuel pressure.

本実施形態では、制御装置20内に、図11に示すマップを備えて、ピエゾ素子PEに供給するエネルギを燃圧に応じて設定する。図11に示すマップは、燃圧が高いほどピエゾ素子PEに供給するエネルギ量を増加させるよう指示するものである。制御装置20では、上記マップに基づき燃圧に応じてエネルギ量を設定し、これに応じて、充電スイッチ23等をオン・オフ操作する充電期間(放電期間)を可変設定する。   In the present embodiment, the map shown in FIG. 11 is provided in the control device 20, and the energy supplied to the piezo element PE is set according to the fuel pressure. The map shown in FIG. 11 instructs to increase the amount of energy supplied to the piezo element PE as the fuel pressure increases. The control device 20 sets an energy amount according to the fuel pressure based on the map, and variably sets a charging period (discharge period) for turning on / off the charging switch 23 and the like accordingly.

このようにエネルギを管理することで、温度にかかわらずピエゾ素子PEの伸長量を簡易且つ高精度に制御することができる。このことは、上記燃圧に応じて設定されるエネルギ量によって伝達室54内の燃圧を高精度に把握することができることを意味する。すなわち、ピエゾ素子PEに供給するエネルギ量が大きいほど、ピエゾ素子PEの伸長量が大きいために、伸長状態における伝達室54の圧力が高いと考えられる。また、コモンレール6内の燃圧が高いほど、ピエゾ素子PEに供給するエネルギ量が大きく設定されるため、ピエゾ素子PEに供給されるエネルギ量が大きいほど、ピエゾ素子PEの伸長操作(充電処理)がなされているときの伝達室54内の圧力が高いと考えられる。そこで本実施形態では、ピエゾ素子PEに供給されるエネルギ量によって、上記閾値αを可変設定する。   By managing the energy in this way, the amount of expansion of the piezo element PE can be controlled easily and with high accuracy regardless of the temperature. This means that the fuel pressure in the transmission chamber 54 can be grasped with high accuracy by the amount of energy set according to the fuel pressure. That is, it is considered that the pressure of the transmission chamber 54 in the extended state is high because the amount of expansion of the piezo element PE increases as the amount of energy supplied to the piezo element PE increases. Further, the higher the fuel pressure in the common rail 6 is, the larger the amount of energy supplied to the piezo element PE is set. Therefore, the greater the amount of energy supplied to the piezo element PE, the longer the extension operation (charging process) of the piezo element PE. It is considered that the pressure in the transmission chamber 54 is high when it is made. Therefore, in the present embodiment, the threshold value α is variably set according to the amount of energy supplied to the piezo element PE.

図12に、本実施形態にかかる燃料噴射制御の処理手順を示す。この処理は、制御装置20により、例えば所定周期で繰り返し実行される。なお、図12において、先の図7と同一の処理については、便宜上、同一の符号を付している。   FIG. 12 shows a processing procedure of fuel injection control according to the present embodiment. This process is repeatedly executed by the control device 20 at a predetermined cycle, for example. In FIG. 12, the same processes as those in FIG. 7 are given the same reference numerals for the sake of convenience.

本実施形態では、ステップS18bにおいて、閾値αを、ピエゾ素子PEを伸長させるためにピエゾ素子PEに供給するエネルギ量に応じて可変設定する。詳しくは、ピエゾ素子PEに供給するエネルギ量が大きいほど、閾値αを小さくする。   In the present embodiment, in step S18b, the threshold value α is variably set according to the amount of energy supplied to the piezo element PE in order to extend the piezo element PE. Specifically, the threshold value α is reduced as the amount of energy supplied to the piezo element PE increases.

以上説明した本実施形態によれば、先の第1の実施形態の上記(1)、(2)、(4)、(5)の効果に加えて、更に以下の効果が得られるようになる。   According to the present embodiment described above, in addition to the effects (1), (2), (4), and (5) of the first embodiment, the following effects can be obtained. .

(7)ピエゾ素子PEに供給されるエネルギ量が高いほど閾値αを低下させることで、漏れ量が充填量よりも多くなる条件の成立の有無を適切に判断することができる。しかも、ピエゾ素子PEに供給されるエネルギ量を用いることで、ピエゾ素子PEの温度によるピエゾ素子PEの伸長量の変動による適切な閾値αの変化を好適に抑制することができ、ひいては上記判断をいっそう適切に行うことができる。   (7) By reducing the threshold value α as the amount of energy supplied to the piezo element PE is higher, it is possible to appropriately determine whether or not the condition that the leakage amount is larger than the filling amount is satisfied. In addition, by using the amount of energy supplied to the piezo element PE, it is possible to suitably suppress a change in the appropriate threshold value α due to fluctuations in the extension amount of the piezo element PE due to the temperature of the piezo element PE, and thus the above determination. It can be done more appropriately.

(その他の実施形態)
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
(Other embodiments)
Each of the above embodiments may be modified as follows.

・上記各実施形態において、燃料噴射がなされない期間Toffを、前回の燃焼サイクルにおける最終段の燃料噴射終了から今回の燃焼サイクルにおける1段目の燃料噴射開始までの期間として設定してもよい。   In each of the above embodiments, the period Toff in which fuel injection is not performed may be set as the period from the end of the last stage fuel injection in the previous combustion cycle to the start of the first stage fuel injection in the current combustion cycle.

・上記第2の実施形態において、閾値αをピエゾ素子PEの電圧に応じて可変設定する際、更にピエゾ素子PEの温度によって閾値αを補正してもよい。これにより、ピエゾ素子PEの温度による電圧の変動分を好適に除去することができ、ひいては、ピエゾ素子PEの電圧によって伝達室54内の燃圧をより高精度に把握することができる。なお、ここでは簡易的にディーゼル機関の冷却水の温度をピエゾ素子PEの温度として代用してもよいが、例えばピエゾ素子PEの電荷量と電圧とを検出することでピエゾ素子PEの容量を算出し、これによりピエゾ素子PEの温度を推定してもよい。ちなみに、電荷の変化に対する電圧の変化で定義される見かけの容量が温度に応じて変化することに着目したこの手法の詳細は、例えば特開2002−21620号公報に記載されている。   In the second embodiment, when the threshold value α is variably set according to the voltage of the piezo element PE, the threshold value α may be further corrected by the temperature of the piezo element PE. Thereby, the fluctuation of the voltage due to the temperature of the piezo element PE can be preferably removed, and as a result, the fuel pressure in the transmission chamber 54 can be grasped with higher accuracy by the voltage of the piezo element PE. Here, the temperature of the cooling water of the diesel engine may be simply used as the temperature of the piezo element PE here. For example, the capacitance of the piezo element PE is calculated by detecting the charge amount and voltage of the piezo element PE. Thus, the temperature of the piezo element PE may be estimated. Incidentally, details of this method focusing on the fact that the apparent capacitance defined by the change in voltage with respect to the change in charge changes according to the temperature are described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-21620.

・ディーゼル機関の出力軸の回転速度が大きいほど、各噴射間の時間が短くなることに鑑みれば、回転速度が大きいほど伝達室54からの燃料の漏れを補償しにくくなると考えられるため、回転速度が予め定められた閾値以上であるときに充電開始時期を早めるようにしてもよい。   In view of the fact that the larger the rotational speed of the output shaft of the diesel engine, the shorter the time between injections, the higher the rotational speed, the more difficult it is to compensate for fuel leakage from the transmission chamber 54. The charging start time may be advanced when is equal to or greater than a predetermined threshold.

・コモンレール6内の燃圧が高いほどバルブ44を開弁させる際に伝達室54内に加わる力が大きくなることに鑑みれば、燃圧が高いほど伝達室54からの燃料の漏れ量が多くなると考えられるため、燃圧が予め定められた圧力以上であるときに、充電開始時期を早めるようにしてもよい。   In view of the fact that the higher the fuel pressure in the common rail 6, the greater the force applied to the transmission chamber 54 when the valve 44 is opened, the higher the fuel pressure, the greater the amount of fuel leakage from the transmission chamber 54. Therefore, when the fuel pressure is equal to or higher than a predetermined pressure, the charging start time may be advanced.

・上記要求噴射量が多いほど、燃料噴射期間が長くなることに鑑みれば、要求噴射量が多いほど伝達室54からの燃料の漏れ量が充填量よりも多くなる条件が成立しやすいと考えられるため、要求噴射量が予め定められた量よりも多いときに、充電開始タイミングを早めるようにしてもよい。   Considering that the fuel injection period becomes longer as the required injection amount increases, it is considered that the condition that the amount of fuel leakage from the transmission chamber 54 becomes larger than the filling amount as the required injection amount increases. Therefore, when the required injection amount is larger than a predetermined amount, the charging start timing may be advanced.

・多段噴射制御における噴射段数が多いほど、噴射期間が長くなる傾向にあることに鑑みれば、噴射段数が多いほど伝達室54からの燃料の漏れ量が充填量よりも多くなる条件が成立しやすいと考えられるため、噴射段数が予め定められた段数よりも多いときに、充電開始タイミングを早めるようにしてもよい。   In view of the tendency that the injection period tends to become longer as the number of injection stages in the multi-stage injection control increases, the condition that the amount of fuel leakage from the transmission chamber 54 becomes larger than the filling amount as the number of injection stages increases. Therefore, the charging start timing may be advanced when the number of injection stages is larger than the predetermined number of stages.

・ピエゾインジェクタPIの構造としては、先の図2に例示したものに限らない。この際、ピエゾ素子PEの変位に応じて開弁及び閉弁の2値的な動作をするものに限らず、例えば米国特許第6520423号明細書に記載されているように、ピエゾ素子PEの変位に応じてノズルニードルのリフト量を連続的に調節可能なインジェクタであってもよい。この場合であっても、ピエゾ素子PEの動力を伝達室内の流体を介してノズルニードルを変位させる部材(ピストン)に伝達させる構成等であるなら、ピエゾ素子PEの伸長操作による伝達室からの流体の漏れ量がピエゾ素子PEの収縮操作による伝達室への流体の充填量よりも多くなる条件が成立するときに、ピエゾ素子PEの充電開始時期を早めることは有効である。   The structure of the piezo injector PI is not limited to that illustrated in FIG. At this time, not only the binary operation of valve opening and closing according to the displacement of the piezo element PE, but the displacement of the piezo element PE as described in, for example, U.S. Pat. No. 6,520,423. The injector may be capable of continuously adjusting the lift amount of the nozzle needle according to the above. Even in this case, if the configuration is such that the power of the piezo element PE is transmitted to the member (piston) that displaces the nozzle needle via the fluid in the transmission chamber, the fluid from the transmission chamber by the extension operation of the piezo element PE It is effective to advance the charging start timing of the piezo element PE when the condition that the amount of leakage of the piezo element PE is larger than the amount of fluid filled into the transmission chamber by the contraction operation of the piezo element PE is satisfied.

・燃料噴射弁としては、ピエゾ素子PEをアクチュエータとして利用するものに限らず、例えば電磁ソレノイドをアクチュエータとして利用するものであってもよい。この場合であっても、アクチュエータの伸長及び収縮により伝達室内に充填される流体を介してピストンを変位させることで開弁及び閉弁がなされるものであるなら、本発明の適用は有効である。   The fuel injection valve is not limited to one that uses the piezo element PE as an actuator, but may be one that uses, for example, an electromagnetic solenoid as an actuator. Even in this case, the application of the present invention is effective if the valve is opened and closed by displacing the piston through the fluid filled in the transmission chamber by the expansion and contraction of the actuator. .

・その他、内燃機関としては、ディーゼル機関に限らず、例えば筒内噴射式ガソリンエンジンであってもよい。   In addition, the internal combustion engine is not limited to a diesel engine, and may be, for example, a direct injection gasoline engine.

第1の実施形態にかかるエンジンシステムの全体構成を示す図。The figure which shows the whole structure of the engine system concerning 1st Embodiment. 同実施形態におけるピエゾインジェクタの断面構造を示す断面図。Sectional drawing which shows the cross-section of the piezo injector in the same embodiment. 同実施形態における制御装置の構成を示す図。The figure which shows the structure of the control apparatus in the embodiment. 同実施形態におけるピエゾ素子の充電処理及び放電処理の態様を示すタイムチャート。The time chart which shows the aspect of the charge process and discharge process of a piezo element in the embodiment. ピエゾインジェクタの開弁の応答遅れが生じる原因を説明する図。The figure explaining the cause which the response delay of the valve opening of a piezo injector arises. ピエゾインジェクタの閉弁が早まる原因を説明する図。The figure explaining the cause which valve closing of a piezo injector is accelerated. 上記実施形態にかかる燃料噴射制御の処理手順を示すフローチャート。The flowchart which shows the process sequence of the fuel-injection control concerning the said embodiment. 上記処理における充電開始時期を早めるか否かを判断する手法を説明する図。The figure explaining the method of determining whether the charge start time in the said process is advanced. 第2の実施形態にかかる燃料噴射制御の処理手順を示すフローチャート。The flowchart which shows the process sequence of the fuel-injection control concerning 2nd Embodiment. 第3の実施形態におけるピエゾ素子の充電処理及び放電処理の態様を示すタイムチャート。The time chart which shows the aspect of the charge process and discharge process of a piezoelectric element in 3rd Embodiment. 同実施形態におけるピエゾ素子へのエネルギ供給量を定めるためのマップを示す図。The figure which shows the map for determining the energy supply amount to the piezo element in the embodiment. 同実施形態にかかる燃料噴射制御の処理手順を示すフローチャート。The flowchart which shows the process sequence of the fuel-injection control concerning the embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

20…制御装置(燃料噴射制御装置の一実施形態)、32…噴射開口部、34…ニードル収納部、36…ノズルニードル、48…ニードル側ピストン、54…伝達室、PE…ピエゾ素子。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 20 ... Control apparatus (one Embodiment of a fuel injection control apparatus), 32 ... Injection opening part, 34 ... Needle accommodating part, 36 ... Nozzle needle, 48 ... Needle side piston, 54 ... Transmission chamber, PE ... Piezo element.

Claims (8)

アクチュエータの伸長及び収縮により伝達室内に充填される流体を介してピストンを変位させることで開弁及び閉弁がなされる燃料噴射弁について、前記アクチュエータを伸縮操作することで燃料噴射制御を行う内燃機関の燃料噴射制御装置において、
前記アクチュエータの伸長操作による前記伝達室からの流体の漏れ量が前記アクチュエータの収縮操作による前記伝達室への流体の充填量よりも多くなる条件が成立するか否かを判断する判断手段と、
前記条件が成立すると判断されるとき、前記アクチュエータを伸長させるための操作信号の出力タイミングを早める変更手段とを備え、
前記判断手段は、前記燃料噴射弁による燃料噴射期間が予め定められた時間以上であるとき、前記条件が成立したと判断することを特徴とすることを特徴とする燃料噴射制御装置。
An internal combustion engine that performs fuel injection control by operating the actuator to expand and contract with respect to a fuel injection valve that is opened and closed by displacing a piston via a fluid filled in a transmission chamber by extension and contraction of the actuator In the fuel injection control device of
Determining means for determining whether or not a condition is satisfied in which an amount of fluid leakage from the transmission chamber due to the extension operation of the actuator is greater than an amount of fluid filling the transmission chamber due to a contraction operation of the actuator;
Changing means for advancing the output timing of an operation signal for extending the actuator when it is determined that the condition is satisfied;
The determination unit determines that the condition is satisfied when a fuel injection period by the fuel injection valve is equal to or longer than a predetermined time .
アクチュエータの伸長及び収縮により伝達室内に充填される流体を介してピストンを変位させることで開弁及び閉弁がなされる燃料噴射弁について、前記アクチュエータを伸縮操作することで燃料噴射制御を行う内燃機関の燃料噴射制御装置において、
前記アクチュエータの伸長操作による前記伝達室からの流体の漏れ量が前記アクチュエータの収縮操作による前記伝達室への流体の充填量よりも多くなる条件が成立するか否かを判断する判断手段と、
前記条件が成立すると判断されるとき、前記アクチュエータを伸長させるための操作信号の出力タイミングを早める変更手段とを備え、
前記判断手段は、前記燃料噴射弁による燃料の噴射周期時間が予め定められた時間以下であるとき、前記条件が成立したと判断することを特徴とする燃料噴射制御装置
An internal combustion engine that performs fuel injection control by operating the actuator to expand and contract with respect to a fuel injection valve that is opened and closed by displacing a piston via a fluid filled in a transmission chamber by extension and contraction of the actuator In the fuel injection control device of
Determining means for determining whether or not a condition is satisfied in which an amount of fluid leakage from the transmission chamber due to the extension operation of the actuator is greater than an amount of fluid filling the transmission chamber due to a contraction operation of the actuator;
Changing means for advancing the output timing of an operation signal for extending the actuator when it is determined that the condition is satisfied;
The determination means determines that the condition is satisfied when a fuel injection cycle time by the fuel injection valve is equal to or shorter than a predetermined time .
アクチュエータの伸長及び収縮により伝達室内に充填される流体を介してピストンを変位させることで開弁及び閉弁がなされる燃料噴射弁について、前記アクチュエータを伸縮操作することで燃料噴射制御を行う内燃機関の燃料噴射制御装置において、
前記アクチュエータの伸長操作による前記伝達室からの流体の漏れ量が前記アクチュエータの収縮操作による前記伝達室への流体の充填量よりも多くなる条件が成立するか否かを判断する判断手段と、
前記条件が成立すると判断されるとき、前記アクチュエータを伸長させるための操作信号の出力タイミングを早める変更手段とを備え、
前記判断手段は、前記アクチュエータの収縮時間に対する該アクチュエータの伸長時間の比が閾値以上となるとき、前記条件が成立したと判断することを特徴とする燃料噴射制御装置。
An internal combustion engine that performs fuel injection control by operating the actuator to expand and contract with respect to a fuel injection valve that is opened and closed by displacing a piston via a fluid filled in a transmission chamber by extension and contraction of the actuator In the fuel injection control device of
Determining means for determining whether or not a condition is satisfied in which an amount of fluid leakage from the transmission chamber due to the extension operation of the actuator is greater than an amount of fluid filling the transmission chamber due to a contraction operation of the actuator;
Changing means for advancing the output timing of an operation signal for extending the actuator when it is determined that the condition is satisfied;
The determination unit determines that the condition is satisfied when a ratio of an extension time of the actuator to a contraction time of the actuator is equal to or greater than a threshold value .
前記判断手段は、前記燃料噴射弁に供給される燃料の圧力が高いほど前記閾値を低下させることを特徴とする請求項3記載の燃料噴射制御装置。 4. The fuel injection control apparatus according to claim 3, wherein the determination means decreases the threshold value as the pressure of fuel supplied to the fuel injection valve increases . 前記アクチュエータがピエゾ素子であり、
前記判断手段は、前記ピエゾ素子の電圧が高いほど前記閾値を低下させることを特徴とする請求項3記載の燃料噴射制御装置。
The actuator is a piezo element;
4. The fuel injection control apparatus according to claim 3, wherein the determination unit decreases the threshold value as the voltage of the piezo element increases .
前記アクチュエータがピエゾ素子であり、
前記判断手段は、前記ピエゾ素子の供給エネルギ量が大きいほど前記閾値を低下させることを特徴とする請求項3記載の燃料噴射制御装置。
The actuator is a piezo element;
4. The fuel injection control apparatus according to claim 3, wherein the determination unit decreases the threshold value as the amount of energy supplied to the piezo element increases .
前記燃料噴射弁には、前記ピストンに前記アクチュエータの伸長方向の弾性力を加える弾性部材が備えられており、
前記伝達室には、外部から所定圧の流体が流入可能とされてなることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の燃料噴射制御装置。
The fuel injection valve is provided with an elastic member that applies an elastic force in an extension direction of the actuator to the piston.
The fuel injection control device according to claim 1, wherein a fluid having a predetermined pressure can flow into the transmission chamber from the outside.
前記燃料噴射弁には、高圧燃料を蓄える蓄圧室からの燃料が供給され、
前記燃料噴射弁は、前記ピストンよりも噴射開口部側に設けられるノズルニードルを備え、前記ノズルニードルには、前記噴射開口部側及びその逆側に向かう高圧燃料の圧力が印加され、前記噴射開口部側に向かう圧力を加える高圧燃料は、前記ピストンが前記噴射開口部側に変位することで、前記蓄圧室へ燃料を供給する燃料タンク側に流出するよう構成されてなることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の燃料噴射制御装置。
The fuel injection valve is supplied with fuel from an accumulator that stores high-pressure fuel,
The fuel injection valve includes a nozzle needle that is provided closer to the injection opening than the piston, and the nozzle needle is applied with pressure of high-pressure fuel toward the injection opening and the opposite side, and the injection opening The high-pressure fuel that applies pressure toward the portion side is configured to flow out toward the fuel tank that supplies fuel to the pressure accumulating chamber when the piston is displaced toward the injection opening. Item 8. The fuel injection control device according to any one of Items 1 to 7.
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