JP4803016B2 - 燃料噴射制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、燃料を内燃機関に噴射するための燃料噴射制御装置に関する。

従来より、内燃機関では、燃料噴射は短い期間に精度良く行われることが求められており、ピエゾ電気素子はその応答性の良さから燃料噴射を行う燃料噴射弁（以下、インジェクタという）のバルブの開閉制御に適していることが知られている。

そこで、ピエゾ電気素子を備えたインジェクタにおいて、ピエゾ電気素子を数回に分けて充電することで駆動する方法が、例えば特許文献１で提案されている。当該特許文献１では、ピエゾ電気素子に印加する電圧を充電するための駆動回路にスイッチング素子を設け、当該スイッチング素子を所定時間ごとにオン／オフすることであらかじめ設定された電圧までピエゾ電気素子を充電し、充電した電圧でインジェクタの制御バルブを駆動してインジェクタから燃料を噴射する方法が提案されている。

上記のようにしてピエゾ電気素子を駆動する駆動回路の代表的な構成として、以下のものがある。当該駆動回路は、ピエゾ電気素子が多数積層されたピエゾスタックに直流電源からインダクタを介して通電する第１の通電経路を有し、その経路中に直流電源を直接切り離すことができるスイッチング素子を備えている。当該スイッチング素子をオンする時間はあらかじめ設定されている。

また、駆動回路には直流電源をバイパスする第２の通電経路が設けられており、当該経路は例えば直流電源が逆バイアスとなるダイオードにより構成されている。当該ダイオードにはスイッチが並列に接続され、ピエゾ電気素子を駆動する際に当該スイッチがオンされるようになっている。

上記駆動回路の作動について、図７に示されるタイミングチャートを用いて説明する。まず、駆動回路は、時間ｔ１から時間ｔ３までの間に噴射を行う噴射信号および時間ｔ１から時間ｔ３よりも短い時間ｔ２までの間にピエゾスタックを充電する充電期間信号がそれぞれ入力されることでピエゾスタックへの充電を行う状態となる。なお、駆動回路には、ダイオードに並列に接続されたスイッチをオンする制御信号も入力され、時間ｔ１から時間ｔ５までの間、インジェクタの駆動が可能となる。

時間ｔ１にスイッチング素子にあらかじめ設定されたパルス幅のパルス信号が入力されると、第１の通電経路にピエゾスタックへの漸増する充電電流が流れる。そして、スイッチング素子がオフされると、第２の通電経路にフライホイール作用でピエゾスタックへの漸減する充電電流が流れる。このようにピエゾスタックに充電電流が流れる間、ピエゾスタックに印加される充電電圧、すなわちピエゾ電圧は増加し続ける。

そして、ピエゾ電流が漸減して０になると再びスイッチング素子がオンされる。このようなスイッチング素子のオン／オフが繰り返されるに伴って、ピエゾスタックに印加されるピエゾ電圧が上昇していく。当該充電方式は、マルチスイッチング方式（以下、ＭＳ方式という）として知られている。

上記のようにして、ピエゾスタックにピエゾ電圧を充電していき、ピエゾスタックに充電されたピエゾ電圧が一定値（制御バルブ駆動必要電圧）を超えると、インジェクタの制御バルブが開き、ノズルから燃料噴射が行われる。

続いて、図７に示される時間ｔ３で噴射信号がオフになると、時間ｔ３から時間ｔ４の間に放電期間信号がオンとなり、ピエゾスタックに充電されたピエゾ電圧が放電される。これは、駆動回路に備えられ、ピエゾスタックに充電された電圧をグランドに放電する放電用スイッチがオン／オフされることで行われる。

具体的には、図７に示されるように、時間ｔ３で放電用スイッチがオンされると、ピエゾ電流が充電時と逆方向に流れ、負のピエゾ電流が流れる。そして、ピエゾ電流が一定値を超えると、駆動回路によって放電用スイッチはオフされ、ピエゾ電流が０になると再び放電用スイッチがオンされる。これが繰り返し行われることで、ピエゾスタックに充電されたピエゾ電圧が放電される。このようにして、インジェクタから燃料噴射を行うことができる。

上記ＭＳ方式は、ピエゾ電気素子の充電速度（駆動速度）を精度良くコントロールすることができ、最大充電電流を抑えることができるため、故障の原因となるピエゾ電気素子の発熱を抑制することができる。
特開平１０−３０８５４２号公報

しかしながら、上記従来の技術では、ＭＳ方式によってピエゾスタックにピエゾ電圧を充放電するに際し、特に充電する場合においては、内燃機関に設置された複数のインジェクタにそれぞれ備えられた各ピエゾスタックの電気特性（例えば温度特性）の差によって、燃料噴射のための制御バルブを開けるピエゾ電圧（制御バルブ駆動必要電圧）にばらつきが生じてしまう。これにより、各インジェクタの制御バルブが動き始めるタイミングがそれぞれ異なってしまう。

すなわち、図７に示されるように、各インジェクタの制御バルブの動き始めのタイミングが、スイッチング素子を駆動するパルス信号のうち何回目の充電ステップにあるかによってそれぞれ異なってしまい、各インジェクタの制御バルブの動作（バルブリフト）の開始タイミングに差が生じてしまう。これにより、各インジェクタの噴射開始時間がばらついてしまい、各インジェクタの噴射量もばらついてしまう。

本発明は、上記点に鑑み、内燃機関に設置される複数のインジェクタにおいて、各インジェクタから燃料噴射するに際し、各インジェクタの制御バルブのバルブリフトの開始タイミングのばらつきを低減することができる燃料噴射制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、電荷の充放電により伸縮するピエゾスタック（４１）の充電電圧が所定電圧になると制御バルブ（３）が駆動され、制御室（２６）と低圧燃料通路（１６）との間を開放して弁体（２１）を開弁する燃料噴射弁（１）を複数有した燃料噴射装置に用いられ、充電用スイッチ（２０４）のオン／オフによって各燃料噴射弁（１）の各ピエゾスタック（４１）それぞれに電圧を印加して各ピエゾスタック（４１）を充電する燃料噴射駆動回路（１３０）の充電用スイッチ（２０４）に各ピエゾスタック（４１）を充電するためのパルス状の充電制御信号を入力する燃料噴射制御装置であって、ピエゾスタック（４１）をパルス状の充電制御信号により複数回充電することで、燃料噴射弁（１）のノズル（２）から１回の燃料噴射が行われる充電期間に前記燃料噴射弁（１）を開弁し、充電期間において、燃料噴射駆動回路（１３０）の充電用スイッチ（２０４）に最初に入力する充電制御信号のパルス幅を、複数の燃料噴射弁（１）の各制御バルブ（３）がこの最初のパルス幅の範囲内で駆動され弁体（２１）を開弁するように、各ピエゾスタック（４１）の全てについて充電電圧が制御バルブ（３）の駆動必要電圧を超える大きさのパルス幅に設定していることを特徴としている。

これにより、燃料噴射駆動回路（１３０）の各充電用スイッチ（２０４）に入力する最初の充電制御信号のみで各燃料噴射弁（１）の各制御バルブ（３）すべてを駆動することができる。すなわち、各燃料噴射弁（１）の各制御バルブ（３）の駆動タイミングをほぼ同じ時点とすることができる。したがって、各燃料噴射弁（１）の各制御バルブ（３）のバルブリフトの開始タイミングのばらつきを低減することができ、ひいては内燃機関への燃料噴射量の精度を向上させることができる。

また、燃料噴射駆動回路（１３０）に最初に入力される充電制御信号のパルス幅を第１のパルス幅とし、充電期間に燃料噴射駆動回路（１３０）の充電用スイッチ（２０４）に２回目以降に入力される充電制御信号のパルス幅を第２のパルス幅とすると、第１のパルス幅は第２のパルス幅よりも大きく設定されていることが好ましい。

これにより、２回目以降にピエゾスタックに流す電流を抑えることができ、ピエゾスタックの発熱を抑制することができる。

この場合、燃料噴射駆動回路（１３０）の充電用スイッチ（２０４）に２回目以降に入力される充電制御信号は、各ピエゾスタック（４１）に流れる電流の合計が基準値を下回った後に燃料噴射駆動回路（１３０）に入力されるようにすることができる。これにより、ピエゾスタック（４１）に常に大きな電流が流れた状態にしないようにすることができ、ピエゾスタック（４１）の発熱を抑制することができる。

また、２回目以降に入力される充電制御信号の第２のパルス幅は、燃料噴射駆動回路（１３０）の充電用スイッチ（２０４）に２回目以降に複数入力する充電制御信号によって、充電期間に各ピエゾスタック（４１）それぞれに一定の充電エネルギーを蓄えさせるパルス幅に設定されていることが好ましい。これにより、充電期間に数回にわたってピエゾスタック（４１）に一定の充電エネルギーを蓄積させて制御バルブ（３）を開けた状態を維持することができる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図を参照して説明する。本実施形態で示される燃料噴射システムは、内燃機関（より詳細にはディーゼルエンジン、図示せず）のシリンダ内に高圧燃料を噴射するシステムであり、燃料噴射制御装置は、シリンダ内に噴射する高圧燃料の噴射制御を行うものである。

図１は、本発明の一実施形態に係る燃料噴射システムを示した図である。なお、図１では、当該システムを構成するインジェクタを断面図で示してある。図１に示されるように、燃料噴射システムは、燃料噴射弁（以下、インジェクタという）１と、燃料タンク１００と、リターン経路１１０と、背圧弁１２０と、燃料噴射駆動回路１３０と、燃料噴射制御装置１４０とを備えて構成されている。

インジェクタ１は、内燃機関のシリンダに取り付けられ、当該シリンダ内に燃料を噴射するものである。このようなインジェクタのボデー１ａは、図示しない蓄圧器からの高圧燃料が導入される燃料入口部１１と、インジェクタ１内部の燃料を燃料タンク１００に向けて流出させる燃料出口部１２とを備えている。

ボデー１ａの軸方向一端側に、開弁時に燃料を噴射するノズル２が配置されている。このノズル２は、ボデー１ａに摺動自在に保持されたニードル２１（本発明の弁体に相当）と、当該ニードル２１を閉弁向きに付勢するノズルスプリング２２と、ニードル２１のピストン部２１ａが挿入されたノズルシリンダ２３とを有している。

ボデー１ａの軸方向一端には、高圧燃料通路１３を介して燃料入口部１１と連通する噴孔２４が形成され、この噴孔２４から高圧燃料を内燃機関の気筒内に噴出させるようになっている。この噴孔２４の上流側にテーパ状の弁座２５が形成されており、ニードル２１に形成されたシート部２１ｂが弁座２５に接離することにより噴孔２４が開閉される。

ピストン部２１ａは、ノズルシリンダ２３に摺動自在に且つ液密的に挿入されており、ピストン部２１ａとノズルシリンダ２３とにより、内部の燃料圧力が高圧と低圧に切り替えられる制御室２６が形成されている。そして、ニードル２１は、制御室２６内の燃料圧力により閉弁向きに付勢されるとともに、燃料入口部１１から高圧燃料通路１３を介して噴孔２４側に導かれる高圧燃料により開弁向きに付勢される。

ボデー１ａの軸方向中間部には、制御室２６の圧力を制御する制御バルブ３が収納されるバルブ室１４が形成されている。このバルブ室１４は、連絡通路１５を介して制御室２６と常時連通されている。バルブ室１４は、高圧燃料通路１３から分岐された高圧連絡通路１３ａが接続されている。また、バルブ室１４は、低圧燃料通路１６を介して燃料出口部１２に接続されている。

制御バルブ３は、バルブ室１４と高圧連絡通路１３ａとの間およびバルブ室１４と低圧燃料通路１６との間を開閉する弁体３１と、バルブ室１４と高圧連絡通路１３ａとの間が開かれるとともにバルブ室１４と低圧燃料通路１６との間が閉じられる向きに弁体３１を付勢するバルブスプリング３２とを有している。

ボデー１ａの軸方向他端側には、制御バルブ３を駆動するアクチュエータ４が収納されるアクチュエータ室１７が形成されている。このアクチュエータ室１７は、低圧連絡通路１６ａを介して低圧燃料通路１６に接続されている。

アクチュエータ４は、ピエゾ素子が多数積層されて電荷の充放電により伸縮するピエゾスタック４１と、ピエゾスタック４１の伸縮変位を制御バルブ３の弁体３１に伝達する伝達部とを備えている。

伝達部は以下のように構成されている。アクチュエータシリンダ４２に第１ピストン４３および第２ピストン４４が摺動自在に且つ液密的に挿入されており、第１ピストン４３と第２ピストン４４との間には、燃料が充填された液室４５が形成されている。

第１ピストン４３は、第１スプリング４６によりピエゾスタック４１側に向かって付勢されており、ピエゾスタック４１により直接駆動されるようになっている。そして、ピエゾスタック４１の伸長時には、第１ピストン４３により液室４５の圧力が高められるようになっている。

第２ピストン４４は、第２スプリング４７により制御バルブ３の弁体３１側に付勢されており、液室４５の圧力を受けて作動して弁体３１を駆動するようになっている。そして、第２ピストン４４は、ピエゾスタック４１の伸長時には、高圧化された液室４５の圧力を受けて作動して、バルブ室１４と高圧連絡通路１３ａとの間が閉じられるとともにバルブ室１４と低圧燃料通路１６との間が開かれる位置に弁体３１を駆動する。一方、ピエゾスタック４１の収縮時、すなわち液室４５の圧力が低いときには、第２ピストン４４は、第２スプリング４７に抗して制御バルブ３のバルブスプリング３２により第１ピストン４３側に押し戻される。

燃料タンク１００と燃料出口部１２とを接続するリターン経路１１０には、低圧燃料通路１６側の圧力を制御する背圧弁１２０が配置されている。なお、蓄圧器内に蓄えられた高圧燃料の圧力が１００ＭＰａ以上であるのに対し、背圧弁１２０は低圧燃料通路１６側の圧力を１ＭＰａ程度に制御する。

ピエゾスタック４１には、燃料噴射駆動回路１３０を介して電力が供給されるようになっている。この燃料噴射駆動回路１３０は、ピエゾスタック４１の伸び量を変化させるために、ピエゾスタック４１への印加電圧を制御可能になっている。また、燃料噴射駆動回路１３０は、ピエゾスタック４１への印加電圧およびピエゾスタック４１への通電タイミングについて燃料噴射制御装置１４０により制御される。

燃料噴射制御装置１４０は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＲＡＭ等からなる周知のマイクロコンピュータを備え、マイクロコンピュータに記憶したプログラムに従って演算処理を行うものである。当該燃料噴射制御装置１４０として、例えばＥＣＵが採用される。そして、燃料噴射制御装置１４０には、吸入空気量、アクセルペダルの踏み込み量、内燃機関回転数、蓄圧器内の燃料圧等を検出する各種センサ（図示せず）から信号が入力される。以上が、本実施形態に係る燃料噴射システムの全体構成である。

図２は、上記インジェクタ１のピエゾスタック４１および燃料噴射駆動回路１３０を回路図で示したものである。図２に示されるように、バッテリ２０１の電圧がＤＣ／ＤＣコンバータ２０２によって一定の電圧（例えば数百Ｖ）に変換される。ＤＣ／ＤＣコンバータ２０２の２端子間にはバッファ用としてのコンデンサ２０３が接続されており、当該コンデンサ２０３の一端側に充電用スイッチ２０４とダイオード２０５とで構成される充電用回路が接続され、コンデンサ２０３の他端側にグランド２０６が接続されている。

当該充電用回路の充電用スイッチ２０４は、複数のインジェクタ１の各ピエゾスタック４１それぞれに通電を行うためのスイッチであり、例えばＭＯＳＦＥＴ等のトランジスタで構成されるスイッチング素子が採用され、燃料噴射制御装置１４０から入力される充電制御信号に従ってオン／オフするようになっている。当該充電制御信号は、噴射信号と共に燃料噴射駆動回路１３０に入力される充電期間信号がオンになっている間、充電用スイッチ２０４に入力される。

上記充電期間信号がオンになっている間が充電期間に相当する。本実施形態では、後で詳しく説明するが、ＭＳ方式によって充電期間にピエゾスタック４１を複数回充電することでインジェクタ１のノズル２から１回の燃料噴射を行う。

また、充電用回路とグランド２０６との間に、放電用スイッチ２０７とダイオード２０８とで構成される放電用回路と抵抗２０９とが接続されている。放電用スイッチ２０７として、例えば充電用スイッチ２０４と同様のスイッチング素子が採用され、燃料噴射制御装置１４０から入力される放電制御信号に従ってオン／オフするようになっている。当該放電制御信号は、噴射信号がオフになると共に燃料噴射駆動回路１３０から入力される放電期間信号がオンになっている間、放電用スイッチ２０７に入力される。

そして、充電用回路と放電用回路との間にコイル２１０の一端が接続され、当該コイル２１０の他端とグランド２０６との間に２つの抵抗２１１、２１２が直列に接続されている。本実施形態では、これら各抵抗２１１、２１２の接続点ａの電位（以下、ピエゾ電圧という）が図示しない計測器により計測され、燃料噴射制御装置１４０に入力される。

さらに、コイル２１０の他端とグランド２０６との間には、ピエゾ回路２１３と、抵抗２１４とが直列に接続されている。本実施形態では、例えば４つのインジェクタ１が内燃機関に設置されているとすると、ピエゾ回路２１３は、図１に示されるピエゾスタック４１を４つ並列に接続したものとなる。

具体的に、ピエゾ回路２１３には、ピエゾスタック４１と抵抗２１５ａとで構成される並列回路と、駆動スイッチ２１５ｂとダイオード２１５ｃとで構成される並列回路とが直列に接続された経路が形成されている。当該経路が内燃機関のうち１つのシリンダに対応しており、本実施形態では内燃機関に４つのインジェクタ１が設置されているため、ピエゾ回路２１３には、各ピエゾスタック４１と抵抗２１６ａ、２１７ａ、２１８ａとでそれぞれ構成される並列回路と、駆動スイッチ２１６ｂ、２１７ｂ、２１８ｂとダイオード２１６ｃ、２１７ｃ、２１８ｃとでそれぞれ構成される並列回路とが直列に接続された他の経路が形成されている。

上記ピエゾ回路２１３の各駆動スイッチ２１５ｂ、２１６ｂ、２１７ｂ、２１８ｂは、燃料噴射制御装置１４０からそれぞれに入力される駆動制御信号に従ってオン／オフすることで、内燃機関の各シリンダに対応したインジェクタ１による燃料噴射が制御される。

また、ピエゾ回路２１３と抵抗２１４との接続点ｂに流れる電流（以下、ピエゾ電流という）が図示しない計測器により計測され、燃料噴射制御装置１４０に入力される。以上が、本実施形態に係るシステムを駆動する回路構成である。

次に、図１および図２に示されるインジェクタ１のピエゾスタック４１を駆動する作動について、図を参照して説明する。本実施形態では、ピエゾスタック４１をＭＳ方式によって駆動する場合について説明する。

図３は、上記各ピエゾスタック４１に充電電圧を印加して図１に示されるインジェクタ１の制御バルブ３を開ける内容を示したフローチャートである。図３に示されるフローは、内燃機関を始動させるためにキースイッチがスタータＯＮ位置に操作されて、燃料噴射制御装置１４０に電源が投入されることにより開始される。

なお、以下で示される各信号のパルス幅等は、それぞれ燃料噴射制御装置１４０にあらかじめ記憶された値が用いられる。また、以下では、図２に示されるピエゾ回路２１３の全てのピエゾスタック４１を駆動する作動について説明する。

ステップ３００では、時点ｔ１で噴射信号、充電期間信号、充電制御信号、駆動制御信号がオンされる。この様子を図４のタイミングチャートに示す。本実施形態では、噴射信号は時点ｔ１から時点ｔ３までの間、充電期間信号は時点ｔ１から時点ｔ２までの間、駆動制御信号は時点ｔ１から時点ｔ５までの間、それぞれオンするように燃料噴射制御装置１４０に設定されている。

噴射信号は、インジェクタ１から燃料噴射させるための許可信号である。また、充電制御信号は、一定のパルス幅でオンする。なお、各時点ｔ１〜ｔ５は、時点ｔ１から時点ｔ２、時点ｔ３、時点ｔ４、時点ｔ５の順に時間が経過していくものとする。これら各時点は、内燃機関（エンジン）によって決まる。

駆動制御信号が図２に示される各駆動スイッチ２１５ｂ、２１６ｂ、２１７ｂ、２１８ｂにそれぞれ入力され、充電用スイッチ２０４に一定のパルス幅の充電制御信号が入力される。このため、図４に示されるように、充電制御信号がオンになっている間、接続点ａに流れるピエゾ電流は急激に増加する。そして、充電制御信号がオフになると、フライホイール作用によってピエゾスタック４１に流れる電流は急激に減少する。一方、接続点ａにおけるピエゾ電圧は、ピエゾ電流が０になるまで増加し続ける。

上記のように、充電制御信号はパルス信号である。上記のように噴射信号および充電期間信号がオンになると共に、本ステップで充電用スイッチ２０４に最初に入力される充電制御信号のパルス幅は、充電用スイッチ２０４がオンになっている間に、各インジェクタ１の各ピエゾスタック４１がそれぞれ充電され、充電によってすべてのインジェクタ１の各制御バルブ３すべてが駆動される（動き始める）パルス幅に設定されている。以下、本ステップにて充電用スイッチ２０４に入力する最初の充電制御信号のパルス幅を第１のパルス幅という。

すなわち、第１のパルス幅は、充電期間に燃料噴射駆動回路１３０の充電用スイッチ２０４に最初に入力する充電制御信号のパルス幅が、各インジェクタ１の各制御バルブ３すべてが駆動される一定電圧を各ピエゾスタック４１すべてに充電できるパルス幅に設定されている。

図４に示されるように、各インジェクタ１の各ピエゾスタック４１において、制御バルブ３を駆動するために必要な一定電圧（ピエゾ電圧）の値、すなわち制御バルブ駆動必要電圧は各インジェクタ１の各ピエゾスタック４１でばらついている。しかし、本ステップでは、充電用スイッチ２０４に入力する最初の充電制御信号のパルス幅を上記のように設定してあるので、当該最初の充電制御信号のみで各インジェクタ１の各制御バルブ３すべてを駆動することができる。

このようにして、充電用スイッチ２０４に入力する最初の充電制御信号によって各インジェクタ１の制御バルブ３すべてを駆動することで、図４に示されるように、バルブリフトする時点が各インジェクタ１においてほぼ同じ時点とすることができる。したがって、各インジェクタ１の制御バルブ３のバルブリフトの開始タイミングのばらつきを低減することができ、各インジェクタ１からほぼ同時に燃料噴射を行うことができる。

本ステップにおいて、充電用スイッチ２０４に入力する最初の充電制御信号のパルス幅は、例えば試験によって設定することができる。例えば、内燃機関に複数のインジェクタ１を設置し、最初の充電制御信号のパルス幅をパラメータとして変化させたときに、最初の充電制御信号によって各インジェクタ１の各制御バルブ３すべてが駆動することを検出する試験を行うこと等により得られる。

ステップ３１０では、ピエゾ電流が０になったか否かが判定される。すなわち、燃料噴射制御装置１４０にて図２に示される回路のうち接続点ｂに流れるピエゾ電流（各ピエゾスタック４１に流れる電流の合計）がモニタされ、ピエゾ電流が０になったか否かが判定される。例えば、電流を０とみなす基準値が設けられ、ピエゾ電流が当該基準値を下回るか否かが判定される。

本ステップで、ピエゾ電流が０になっていないと判定されると、本ステップにて繰り返しピエゾ電流がモニタされる。一方、本ステップでピエゾ電流が０になったと判定されると、ステップ３２０に進む。

ステップ３２０では、一定のパルス幅（以下で定義する第２のパルス幅に相当）の充電制御信号が充電用スイッチ２０４に入力される。本ステップでは、ステップ３００で充電用スイッチ２０４に入力された充電制御信号のパルス幅よりも小さいパルス幅の信号が充電用スイッチ２０４に入力される。つまり、本ステップでは、充電用スイッチ２０４に入力する２回目以降の充電制御信号のパルス幅があらかじめ設定されている。以下、本ステップにて充電用スイッチ２０４に入力する２回目以降の充電制御信号のパルス幅を第２のパルス幅という。

上述のように、第２のパルス幅はステップ３００で設定された第１のパルス幅よりも小さくされている。つまり、充電制御信号の第１のパルス幅は第２のパルス幅よりも大きくなっている。これにより、第２のパルス幅の充電制御信号による各ピエゾスタック４１への充電に際し、各ピエゾスタック４１に常に大きな電流を流さないようにすることができ、ピエゾスタック４１の発熱を抑制することができる。

また、充電制御信号の第２のパルス幅は、燃料噴射駆動回路１３０の充電用スイッチ２０４に２回目以降に複数入力する前記充電制御信号によって、充電期間に各ピエゾスタック４１それぞれに一定の充電エネルギーを蓄えさせるパルス幅に設定されている。これにより、充電用スイッチ２０４に最初に入力される第１のパルス幅の充電制御信号、２回目以降に入力される複数の第２のパルス幅の充電制御信号によって、所望の充電エネルギーを各ピエゾスタック４１に与えることができるようになっている。

ステップ３３０では、ステップ３１０と同様に、ピエゾ電流が０になったか否かが判定される。本ステップで、ピエゾ電流が０になっていないと判定されると、本ステップにて繰り返しピエゾ電流がモニタされ、本ステップでピエゾ電流が０になったと判定されると、ステップ３４０に進む。

ステップ３４０では、充電期間信号がオンであるか否かが判定される。当該充電期間信号がオンの間、充電用スイッチ２０４への充電制御信号の入力が許可されているため、充電制御信号が繰り返し充電用スイッチ２０４に入力されることとなる。本ステップにて充電期間信号がオンであると判定されるとステップ３２０に戻る。これにより、図４に示されるように、充電期間信号がオンになっている間、ピエゾ電流が０になるたびに第２のパルス幅の充電制御信号が充電用スイッチ２０４に入力され、ピエゾ電圧が上昇していくと共に、制御バルブ３の開放状態が維持される。

そして、本ステップにて充電期間信号がオンでないと判定されると、本フローは終了する。すなわち、各インジェクタ１の各ピエゾスタック４１の充電が終了する。以上が、各インジェクタ１の各ピエゾスタック４１を充電する作動である。

続いて、ピエゾスタック４１に充電された電圧を放電する作動について説明する。図５は、上記各ピエゾスタック４１に充電された電圧を放電して図１に示されるインジェクタ１の制御バルブ３を閉じる内容を示したフローチャートである。図５に示されるフローは、図３に示されるフローが終了すると開始する。

ステップ４００では、噴射信号がオフしたか否かが判定される。本ステップにて噴射信号がオフしていないと判定されると、引き続き噴射信号がオフされたかがモニタされる。また、本ステップにて噴射信号がオフされたと判定されるとステップ４１０に進む。なお、本実施形態では、図４に示される時点ｔ３にて噴射信号がオフされる。

ステップ４１０では、図４に示される時点ｔ３で放電期間信号および放電制御信号がオンされる。本実施形態では、放電期間信号は時点ｔ３から時点ｔ４までの間、オンするように燃料噴射制御装置１４０に設定されている。これにより、図２に示される放電用スイッチ２０７がオンされる。

ステップ４２０では、放電制御信号がオンになってからピエゾ電流が一定値以上になったか、または一定時間経過したかが判定される。本ステップにて、各条件のいずれも満たさないと判定されると、本ステップにて繰り返し、上記条件が判定される。そして、本ステップにて、少なくともいずれか一方を満たすと判定されるとステップ４３０に進む。

ステップ４３０では、放電制御信号がオフされる。すなわち、放電用スイッチ２０７がオフされる。そして、ステップ４４０では、ステップ３１０と同様にピエゾ電流が０になったか否かが判定される。本ステップで、ピエゾ電流が０になっていないと判定されると、本ステップにて繰り返しピエゾ電流がモニタされ、本ステップでピエゾ電流が０になったと判定されると、ステップ４５０に進む。

ステップ４５０では、放電期間信号がオンであるか否かが判定される。本ステップにて放電期間信号がオンになっていると判定されると、ステップ４１０に戻る。すなわち、放電期間信号がオンになっている間、ステップ４１０からステップ４５０までを繰り返すことで、各インジェクタ１の各ピエゾスタック４１に充電されたピエゾ電圧が放電される。そして、本ステップにて放電期間信号がオフになったと判定されると、本フローは終了する。

上記のように、各インジェクタ１の各ピエゾスタック４１に充電を行うことで制御バルブ３を駆動することによる効果について説明する。図６は、例えばピエゾスタック４１の充電エネルギーに対するインジェクタ１の噴射量を示した図である。図中、破線は従来のＭＳ方式によるもの、実線は本発明によるものである。

図６に示されるように、従来のＭＳ方式では、各インジェクタ１によって噴射時期にばらつきがあったため、最初の充電制御信号で制御バルブ３が駆動される場合や２回目以降の充電制御信号で制御バルブ３が駆動される場合があった。このため、最初の充電制御信号で制御バルブ３が駆動されインジェクタ１の噴射量は一度飽和し、２回目以降の充電制御信号で他のインジェクタの制御バルブ３が駆動されることで再びインジェクタ１の噴射量が最大値まで増加していた。このように、従来では各インジェクタ１によって噴射時期がばらついていた。

しかしながら、本実施形態では、最初の充電制御信号ですべてのインジェクタ１の制御バルブ３を駆動しているため、インジェクタ１の噴射量は一度で最大値まで増加する。すなわち、各インジェクタ１の噴射タイミングのばらつきを低減できているので、各インジェクタ１からほぼ同時に燃料噴射を行うことができている。

以上説明したように、本実施形態では、インジェクタ１のピエゾスタック４１にＭＳ方式にて充電電圧を印加して制御バルブ３を駆動するに際し、インジェクタ１のピエゾスタック４１への通電を許可する充電用スイッチ２０４に入力する最初の充電制御信号のパルス幅を、当該充電用スイッチ２０４がオンになっている間に、各インジェクタ１の各ピエゾスタック４１に印加されるピエゾ電圧によって、すべてのインジェクタ１の制御バルブ３すべてが駆動されるパルス幅に設定することが特徴となっている。言い換えると、充電用スイッチ２０４に入力する最初の充電制御信号の第１のパルス幅を２回目以降の第２のパルス幅よりも大きくすることが特徴となっている。

これにより、内燃機関に複数のインジェクタ１が設置された場合であって、各インジェクタ１の制御バルブ３を駆動するピエゾ電圧にばらつきがあったとしても、最初の充電制御信号によってすべてのインジェクタ１の制御バルブ３を駆動する（動き始めさせる）ことができ、ひいては各インジェクタ１の制御バルブ３のバルブリフトの開始タイミングのばらつきを低減することができる。

（他の実施形態）
図１に示されるインジェクタ１の構成は一例であって、当該図１に示されるものに限定されることはない。同様に、図２に示される回路構成も一例を示すものであって、他の回路構成に対して本発明を適用することもできる。

なお、各図中に示したステップは、各種処理を実行する手段に対応するものである。

本発明の一実施形態に係る燃料噴射システムを示した図である。 インジェクタのピエゾスタックおよび燃料噴射駆動回路を示した回路図である。 各ピエゾスタックに充電電圧を印加して図１に示されるインジェクタの制御バルブを開ける内容を示したフローチャートである。 ピエゾスタックを駆動する内容を示したタイミングチャートである。 各ピエゾスタックに充電された電圧を放電して図１に示されるインジェクタの制御バルブを閉める内容を示したフローチャートである。 ピエゾスタックの充電エネルギーに対するインジェクタの噴射量を示した図である。 従来において、インジェクタの制御バルブを駆動するタイミングチャートである。

符号の説明

１…燃料噴射弁、１３…高圧燃料通路、１４…バルブ室、１５…連絡通路、１６…低圧燃料通路、２…ノズル、２１…ニードル、２４…噴孔、２６…制御室、３…制御バルブ、４１…ピエゾスタック、１３０…燃料噴射駆動回路、１４０…燃料噴射制御装置、２０４…充電用スイッチ。

Claims (4)

1. 高圧燃料通路（１３）から燃料が導入される制御室（２６）と、
   弁体（２１）により噴孔（２４）を開閉するとともに、前記制御室（２６）の燃料圧力により前記弁体（２１）が閉弁向きに付勢されるノズル（２）と、
   前記制御室（２６）と低圧燃料通路（１６）との間を開閉する制御バルブ（３）と、
   電荷の充放電により伸縮するピエゾスタック（４１）とを備え、
   前記ピエゾスタック（４１）の充電電圧が所定電圧になると前記制御バルブ（３）が駆動され、前記制御室（２６）と前記低圧燃料通路（１６）との間を開放して前記弁体（２１）を開弁する燃料噴射弁（１）を複数有した燃料噴射装置に用いられ、
   前記複数の燃料噴射弁（１）の各ピエゾスタックそれぞれに通電を行うための充電用スイッチ（２０４）が備えられており、当該充電用スイッチ（２０４）がオン／オフされることで前記複数の燃料噴射弁（１）に備えられた前記各ピエゾスタック（４１）それぞれに電圧を印加して前記各ピエゾスタックを充電する燃料噴射駆動回路（１３０）のうち、前記充電用スイッチ（２０４）に前記各ピエゾスタック（４１）を充電するためのパルス状の充電制御信号を入力する燃料噴射制御装置であって、
   前記ピエゾスタック（４１）を前記パルス状の充電制御信号により複数回充電することで、前記燃料噴射弁（１）の前記ノズル（２）から１回の燃料噴射が行われる充電期間に前記燃料噴射弁（１）を開弁し、前記充電期間において、前記燃料噴射駆動回路（１３０）の前記充電用スイッチ（２０４）に最初に入力する前記充電制御信号のパルス幅を、前記複数の燃料噴射弁（１）の各制御バルブ（３）がこの最初のパルス幅の範囲内で駆動され前記弁体（２１）を開弁するように、前記各ピエゾスタック（４１）の全てについて充電電圧が前記制御バルブ（３）の駆動必要電圧を超える大きさのパルス幅に設定していることを特徴とする燃料噴射制御装置。
2. 前記燃料噴射駆動回路（１３０）に最初に入力される前記充電制御信号のパルス幅を第１のパルス幅とし、前記充電期間に前記燃料噴射駆動回路（１３０）の前記充電用スイッチ（２０４）に２回目以降に入力される前記充電制御信号のパルス幅を第２のパルス幅とすると、前記第１のパルス幅は前記第２のパルス幅よりも大きく設定されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射制御装置。
3. 前記充電期間に前記燃料噴射駆動回路（１３０）の前記充電用スイッチ（２０４）に２回目以降に入力される前記充電制御信号は、前記各ピエゾスタック（４１）に流れる電流の合計が基準値を下回った後に前記燃料噴射駆動回路（１３０）に入力されるようになっていることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料噴射制御装置。
4. 前記第２のパルス幅は、前記燃料噴射駆動回路（１３０）の前記充電用スイッチ（２０４）に２回目以降に複数入力する前記充電制御信号によって、前記充電期間に前記各ピエゾスタック（４１）それぞれに一定の充電エネルギーを蓄えさせるパルス幅に設定されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の燃料噴射制御装置。

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