JP5125092B2 - 駆動回路、燃料噴射用圧電素子の駆動回路、および燃料噴射装置 - Google Patents

Description

本発明は、圧電素子を駆動するための燃料噴射用圧電素子駆動回路、および燃料噴射装置に関する。

従来、ディーゼル機関においては、排気特性の向上や騒音の抑制等を狙って１燃焼サイクル内にて、１燃焼サイクル内に燃料噴射弁を電気的に複数回操作して、複数回の燃料噴射を行ういわゆる多段噴射制御がなされているものがある。

したがって、燃料噴射弁のアクチュエータに電気エネルギを供給する駆動回路において、発熱量が大きなものとなる。特に、ディーゼル機関の回転速度が大きい場合には、上記複数回の各噴射間の時間間隔が短くなるため、噴射時の発熱が噴射間の放熱を上回り、ひいては、駆動回路の温度がその信頼性を維持することのできる上限値（許容上限温度）を超えるおそれがある。

そこで、本出願人は、過去の噴射回数履歴に基づいて駆動回路の温度状態を推定し、その温度状態に応じて許容噴射回数を設定することを検討した。

しかし、燃料噴射弁のアクチュエータとして、充放電により駆動する圧電素子を用いた場合には、充放電の際の圧電素子自体で消費するエネルギは温度変化により変化する。このため、駆動回路の温度状態の推定に誤差が生じるため、駆動回路の温度状態を精度良く求めることができない。

本発明は、上記点に鑑み、圧電素子を充放電する駆動回路において、その回路自体で消費する消費エネルギを求めることができる第１の目的とする。

また、本発明は、圧電素子を充放電する駆動回路において、その回路自体のエネルギ消費率を求めることができる第２の目的とする。

また、本発明は、圧電素子を充放電する駆動回路において、その回路自体の消費電荷量を求めることができる第３の目的とする。

また、本発明は、圧電素子を充放電する駆動回路において、その回路自体の電荷消費率を求める駆動回路を提供することを第４の目的とする。

本発明は、消費エネルギ、エネルギ消費率、消費電荷量、電荷消費率のいずれにおいても、駆動回路の温度状態を表しているものであることに着目されたものである。

具体的には、本発明では、圧電素子を駆動するためのエネルギを蓄積するコンデンサ（３０）と、圧電素子を充電させるときにはコンデンサから電流が圧電素子に流れ、また圧電素子から放電させるときには圧電素子からコンデンサに電流が流れるようにした充放電回路と、圧電素子を充電させるときにコンデンサから放出された放出エネルギを求める第１の算出手段（Ｓ１０）と、圧電素子が放電するときにはコンデンサが圧電素子から回収する回収エネルギを求める第２の算出手段（Ｓ１１）と、放出エネルギおよび回収エネルギに基づいて、消費エネルギおよびエネルギ消費率のうちいずれか一方を算出する第３の算出手段（Ｓ１２）と、消費エネルギおよびエネルギ消費率のうちいずれか一方に基づいて、当該駆動回路の温度が許容温度を超えているか否かを判定する温度判定手段（Ｓ１５〜Ｓ２０）と、回収エネルギ、消費エネルギ、およびエネルギ消費率のうちいずれか１つが許容値を下回るか否かを判定することにより、圧電素子が異常であるか否かを判定する異常判定手段と、を備えることを第１の特徴とする。

これによって、消費エネルギおよびエネルギ消費率のうちいずれか一方を算出することができる。

本発明は、圧電素子を駆動するための電荷を蓄積するコンデンサ（３０）と、圧電素子を充電させるときにはコンデンサから電流が圧電素子に流れ、また圧電素子から放電させるときには圧電素子からコンデンサに電流が流れるようにした充放電回路と、圧電素子を充電させるときにコンデンサから放出された放出電荷を求める第１の算出手段（Ｓ１０）と、圧電素子が放電するときにはコンデンサが圧電素子から回収する回収電荷を求める第２の算出手段（Ｓ１１）と、放電電荷量および回収電荷量に基づいて、消費電荷量および電荷消費率のうちいずれか一方を算出する第３の算出手段（Ｓ１２）と、消費電荷量および電荷消費率のうちいずれか一方に基づいて、当該駆動回路の温度が許容温度を超えているか否かを判定する温度判定手段（Ｓ１５〜Ｓ２０）と、回収電荷量、消費電荷量、および電荷消費率のうちいずれか１つが許容値を下回るか否かを判定することにより、圧電素子が異常であるか否かを判定する異常判定手段と、を備えることを第２の特徴とする。

これによって、消費電荷量および電荷消費率のうちいずれか一方を算出することができる。

なお、特許請求の範囲およびこの欄で記載した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。

（第１実施形態）
本第１実施形態は、本発明に係る駆動回路をディーゼルエンジン（内燃機関）のコモンレール式の燃料噴射装置に適用したもので、当該駆動回路の説明に先立ち、コモンレール式の燃料噴射装置について説明する。

図１にコモンレール式の燃料噴射装置の全体構成を示す。ディーゼルエンジンの各気筒に対応してインジェクタ６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄが設けられて、コモンレール８に蓄積された高圧燃料を高圧燃料供給パイプ１２を介してインジェクタ６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄに供給し、インジェクタ６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄから各気筒の燃焼室に噴射するようになっている。コモンレール８は高圧燃料供給パイプ１３を介して高圧燃料供給ポンプ７と接続され、高圧燃料供給ポンプ７は、さらに低圧燃料供給パイプ１４を介して燃料タンク１０（低圧源）と接続されている。燃料タンク１０に貯留する燃料は、低圧燃料供給パイプ１４の途中の燃料フィルタ１１で異物を濾過されてから高圧燃料供給ポンプ７に送出され、高圧燃料供給ポンプ７によりコモンレール８に圧送される。

高圧燃料供給ポンプ７はＥＣＵ２ により制御される。制御は、コモンレール８に取付けられたコモンレール圧力センサ９から検出されるコモンレール圧力に基づいて行われ、コモンレール圧力が所定の目標値に調整される。

また、コモンレール８からインジェクタ６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄに供給された燃料は、上記燃焼室への噴射用の他、インジェクタ６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄの制御油圧等としても用いられ、インジェクタ６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄから低圧のドレーンライン１５を経て燃料タンク１０に還流するようになっている。

次に、インジェクタ６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄの構造について説明する。インジェクタ６ａ〜６ｄはそれぞれ同一構造であるため、代表例としてインジェクタ６ａの構造について図２を参照して説明する。インジェクタ６ａは棒状体で、図中下側部分がエンジンの図略の燃焼室壁を貫通して燃焼室内に突出するように取り付けられている。

インジェクタ６ａは下側から順にノズル部１ａ、背圧制御部１ｂ 、ピエゾアクチュエータ１ｃとなっている。

ノズル部１ａのスリーブ状の本体１０４内にニードル１２１がその後端部にて摺動自在に保持されており、ニードル１２１はノズル本体１０４の先端部に形成された環状シート１０４１に着座または離座する。ニードル１２１の先端部の外周空間１０５には、高圧燃料供給パイプ１２に通じる高圧通路１０１を介してコモンレール８から高圧燃料が導入され、ニードル１２１のリフト時に噴射孔１０３から燃料が噴射される。ニードル１２１にはその環状段面１２１１に前記高圧通路１０１からの燃料圧がリフト方向（上向き）に作用している。
ニードル１２１の後方には高圧通路１０１からインオリフィス１０７を介して制御油としての燃料が導入されており、ニードル１２１の背圧を発生する背圧室１０６が形成される。この背圧は、背圧室１０６に配設されたスプリング１２２とともにニードル１２１の後端面１２１２に着座方向（下向き）に作用する。

前記背圧は背圧制御部１ｂで増減され、背圧制御部１ｂは前記ピエゾスタック１２７を備えたピエゾアクチュエータ１ｃにより駆動される。

前記背圧室１０６はアウトオリフィス１０９を介して常時、背圧制御部１ｂの弁室１１０と連通している。弁室１１０は天井面１１０１が上向きの円錐状に形成されており、天井面１１０１の最上部に、低圧室１１１と連通する低圧ポート１１０ａが開口しており、低圧室１１１はドレーンライン１５に通じる低圧通路１０２と連通している。弁室１１０の底面には高圧制御通路１０８を介して高圧通路１０１と連通する高圧ポート１１０ｂが開口している。弁室１１０内には、下側部分を水平にカットしたボール１２３が配設されている。ボール１２３は上下動可能な弁体であり、下降時には、上記カット面で弁座としての弁室底面（
以下、高圧側シートという）１１０２に着座して高圧ポート１１０ｂを閉鎖することにより弁室１１０を高圧制御通路１０８と遮断し、上昇時には弁座としての上記天井面（以下、低圧側シートという）１１０１に着座して低圧ポート１１０ａを閉鎖することにより弁室１１０を前記低圧室１１１から遮断する。これにより、ボール１２３下降時には背圧室１０６がアウトオリフィス１０９、弁室１１０を経て低圧室１１１と連通し、ニードル１２１の背圧が低下してニードル１２１が離座する。

一方、ボール１２３の上昇時には背圧室１０６が低圧室１１１と遮断されて高圧通路１０１のみと連通し、ニードル１２１の背圧が上昇してニードル１２１が着座する。

ボール１２３はピエゾアクチュエータ１ｃにより押圧駆動される。ピエゾアクチュエータ１ｃは、低圧室１１１の上方に上下方向に形成された縦穴１１２に径の異なる２つのピストン１２４、１２５が摺動自在に保持され、上側の大径ピストン１２５上方にピエゾスタック１２７が上下方向を伸縮方向として配設されている。

大径ピストン１２５はその下方に設けられたスプリング１ ２ ６ によりピエゾスタック１２７と当接状態を維持しており、ピエゾスタック１２７の伸縮量と同じだけ上下方向に変位するようになっている。

ボール１２３と対向する下側の小径ピストン１２４と大径ピストン１２５と縦穴１１２とで画された空間には燃料が充填されて変位拡大室１１３が形成されており、ピエゾスタック１２７の伸長で大径ピストン１２５が下方変位して変位拡大室１１３の燃料を押圧すると、その押圧力が変位拡大室１１３の燃料を介して小径ピストン１２４に伝えられる。ここで、小径ピストン１２４は大径ピストン１２５よりも小径としているので、ピエゾスタック１２７の伸長量が拡大されて小径ピストン１２４の変位に変換される。

燃料噴射時には、先ず、ピエゾスタック１２７が充電されてピエゾスタック１２７が伸長することにより、小径ピストン１２４が下降してボール１２３を押し下げる。これによりボール１２３が低圧側シート１１０１からリフトするとともに高圧側シート１１０２に着座して背圧室１０６が低圧通路１０２と連通するので、背圧室１０６の燃料圧が低下する。これにより、ニードル１２１に離座方向に作用する力の方が着座方向に作用する力よりも優勢となって、ニードル１２１が離座して燃料噴射が開始される。

噴射停止は反対にピエゾスタック１２７の放電によりピエゾスタック１２７を縮小してボール１２３への押し下げ力を解除する。この時、弁室１１０内は低圧となっており、またボール１２３の底面には高圧制御通路１０８から高圧の燃料圧力が作用しているから、ボール１２３には全体としては上向きの燃料圧が作用している。そして、前記ボール１２３への押し下げ力の解除により、ボール１２３が高圧側シート１１０２から離間するとともに再び低圧側シート１１０１に着座して弁室１１０の燃料圧力が上昇するため、ニードル１２１が着座し噴射が停止する。

インジェクタ６ａは、ピエゾアクチュエータ１ｃがピエゾアクチュエータ駆動回路により駆動され、インジェクタ６ａの噴射と停止とが切り換えられる。ピエゾアクチュエータ１ｃの駆動は、ピエゾアクチュエータ１ｃを構成するピエゾスタック１２７の充電と放電とにより行われる。外部から入力する運転者の操作量等に基づいて前記ＥＣＵ２により燃料噴射量、噴射時期などが演算され、演算結果に基づいて、インジェクタ６ａの噴射と停止とを切り換える指令信号がＥＣＵ２から、ピエゾスタック１２７の充電と放電とを実行する駆動回路２ａに出力される。

図３に駆動回路２ａを示す。なお、説明の便宜のため、適宜、ピエゾスタック１２７を４つの気筒に対応して、ピエゾスタック１２７１、ピエゾスタック１２７２、ピエゾスタック１２７３、ピエゾスタック１２７４と表すものとする。

駆動回路２ａは、車載のバッテリＢａの給電で数十〜数百Ｖの直流電圧を発生する電源部であるＤＣ−ＤＣコンバータ２０、およびその出力端に並列に接続されたコンデンサ３０を有し、ピエゾスタック１２７１〜１２７４の充電用の電圧を出力する。

ＤＣ−ＤＣコンバータ２０は、例えば一般的な昇圧チョッパ型の回路が採用される。コンデンサ３０は、１５０Ｖ〜３００Ｖ程度の耐電圧の性能を有し、電圧変動を抑制するために十分静電容量の大きなもの（１００μＦ〜５００μＦ）で構成され、ピエゾスタック１２７１〜１２７１への充電作動時にも略一定の電圧値を保つようになっている。

コンデンサ３０とピエゾスタック１２７１〜１２７４との間には電磁コイル３５が設けられており、コンデンサ３０と電磁コイル３５間にこれらと直列に第１のスイッチ素子３１が介設されている。第１のスイッチ素子３１は、ＭＯＳＦＥＴで構成され、その寄生ダイオード３２はコンデンサ３０の端子間電圧（以下、適宜、コンデンサ電圧という）が逆バイアスとなるように接続される。

電磁コイル３５と第１のスイッチ素子３１との共通接続点とグランドとの間には、第２のスイッチ素子３３が接続されている。第２のスイッチ素子３３もＭＯＳＦＥＴにより構成され、その寄生ダイオード３４は、コンデンサ電圧が逆バイアスとなるように接続される。

電磁コイル３５とピエゾスタック１２７１〜１２７４との間には、バンク切替スイッチ素子４０が設けられている。バンク切替スイッチ素子４０は、電磁コイル３５とピエゾスタック１２７１、１２７２との間に接続されるスイッチ素子４０ａと、電磁コイル３５とピエゾスタック１２７３、１２７４との間に接続されるスイッチ素子４０ｂとから構成される。

ピエゾスタック１２７１〜１２７４と直列に１対１に対応して選択スイッチ素子４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄが接続されている。選択スイッチ素子４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄはＭＯＳＦＥＴが用いられている。

スイッチ素子３１、３３、選択スイッチ素子４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄの各ゲートには制御ＩＣ５０からそれぞれ制御信号が入力しており、前記のごとく選択スイッチ素子４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄのいずれかをオンして駆動対象のピエゾスタック１２７１〜１２７４を選択するとともに、スイッチ素子３１、３３をオンオフし、ピエゾスタック１２７１〜１２７４の充電および放電を行うようになっている。

選択スイッチ素子４２ａ、４２ｂとグランドとの間には、選択スイッチ素子４２ａ、４２ｂに共通に抵抗素子６１ａが設けてある。選択スイッチ素子４２ｃ、４２ｄとグランドとの間には、選択スイッチ素子４２ｃ、４２ｄに共通に抵抗素子６１ｂが設けてある。

抵抗素子６１ａ、６１ｂのそれぞれの端子間電圧は、制御ＩＣ５０および電荷検出器５４に出力される。電荷検出器５４は、それぞれの端子間電圧に基づいて抵抗素子６１ａ、６１ｂのそれぞれに流れる電流値（すなわち、ピエゾスタック１２７１〜１２７４への充電電流）を求めるとともに、この電流値を積分して電荷量を求める。この求められた電荷量はアナログ／デジタルコンバータ５２ａによりデジタル値に変換されて、マイクロコンピュータ５１に出力される。

電磁コイル３５とバンク切替スイッチ素子４０との共通接続点Ｓ６とグランドとの間には、抵抗素子６３、６６が直列に接続されている。抵抗素子６３、６６の共通接続点Ｓ３の電圧値は、制御ＩＣ５０により検出される。

スイッチ素子３３およびグランドの間には、抵抗素子６２が設けられており、スイッチ素子３３および抵抗素子６２の共通接続点Ｓ２の電圧値は、制御ＩＣ５０により検出される。また、スイッチ素子３７は、共通接続点Ｓ２と、共通接続点Ｓ６との間に接続されている。ダイオード３６は、グランドと共通接続点Ｓ６との間でアノード端子を共通接続点Ｓ６に向けて接続されている。

ＤＣ−ＤＣコンバータ２０およびスイッチ素子３１の共通接続点Ｓ７とグランドとの間には抵抗素子６４、６７が直列に接続されており、抵抗素子６４、６７の共通接続点Ｓ４の電圧値は、制御ＩＣ５０により検出される。

コンデンサ３０およびグランドとの間には、抵抗素子６５が設けられており、抵抗素子６５の端子Ｓ５ａ、Ｓ５ｂ間の電圧を検出する電荷検出器５３が設けられている。電荷検出器５３は、当該電圧値に基づいて抵抗素子６５の流れる電流値を求めるとともに、この電流値を積分して電荷量を求める。この電荷量は、コンデンサ３０に充電される電荷量を示すもので、アナログ／デジタルコンバータ５２ｂによりデジタル値に変換されて、マイクロコンピュータ５１に出力される。

マイクロコンピュータ５１は、ＥＣＵ２に内蔵され、前記各種の電圧や電流の検出信号にしたがって、制御ＩＣ５０を介してスイッチ素子３１、３３、３７、４０ａ、４０ｂ、４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄに制御信号を出力する。

次に、駆動回路の作動として、ピエゾスタック１２７１を駆動する例について、図４、図５を用いて説明する。

マイクロコンピュータ５１からの噴射信号がハイレベル（図中ｔ１）になると、スイッチ素子３１、４０ａ、４２ａ、３３、３７等を次のように駆動する。

まず、スイッチ素子４０ａ、４２ａを、図中ｔ１〜ｔ９の間にオンにする（図４（ｃ）、（ｄ）参照）。スイッチ素子４０ｂ、４２ｂを図中ｔ１〜ｔ９の間はオフにする。スイッチ素子３３を図中ｔ１〜ｔ４の間はオフする（図４（ｅ）参照）。スイッチ素子３７を図中ｔ１〜ｔ７の間はオフする（図４（ｆ）参照）。さらに、スイッチ素子３１を図中ｔ１〜ｔ２の間にスイッチングする。

まず、スイッチ素子３１をオンすると、コンデンサ３０および電磁コイル３５の間が接続される（第１状態）。このため、図６に示すように、コンデンサ３０からの電流が、スイッチ素子３１、電磁コイル３５、スイッチ素子４０ａ、ピエゾスタック１２７１、スイッチ素子４２ａ、および抵抗素子６１ａ、６５を通過して流れる、このとき、この電流によりピエゾスタック１２７１に充電される。すなわち、ピエゾスタック１２７１に電荷（或いはエネルギ）が蓄積される。

次に、スイッチ素子３１のオン状態を一定期間の間、継続した後に、スイッチ素子３１がオフする。すると、コンデンサ３０および電磁コイル３５の間が遮断される（第２の状態）。このため、図７に示すように、電磁コイル３５に蓄えられたエネルギ（電荷）に基づき、電磁コイル３５からの電流がスイッチ素子４０ａ、ピエゾスタック１２７１、スイッチ素子４２ａ、抵抗素子６１ａ、６２、およびダイオード３４を通過して流れる、このとき、この電流によりピエゾスタック１２７１に充電される。

その後、当該電流の値が（抵抗素子６１ａで検出される電流値）が零になると、上述の如く、スイッチ素子３１をオンする。

このように、充電スイッチ制御手段として、スイッチ素子３１のスイッチング、すなわち、オン、オフを繰り返すと、ピエゾスタック１２７１の充電量（エネルギ、電荷）が増加する。これに伴い、ピエゾスタック１２７１が充電により伸長して変位拡大室１１３を介してボール１２３を押圧しリフトせしめる。

このとき、共通接続端子Ｓ３の電圧値は図５（ａ）に示すように、徐々に上昇する。その後、ｔ２になると、スイッチ素子３１のスイッチングを停止してオフ状態になると、ピエゾスタック１２７１の充電量はｔ２〜ｔ４の間一定状態になる。このため、共通接続端子Ｓ３の電圧値は図５（ａ）に示すようにｔ２〜ｔ４の間一定になる。

ここで、電荷検出器５３は、ｔ１〜ｔ２の間に亘って、抵抗素子６５に流れる電流を積分して電荷量を求める。この電荷量は、コンデンサ３０からピエゾスタック１２７１に放出される電荷量（図５（ｂ）中ａ参照）である。

なお、この電荷量にコンデンサ３０の出力電圧を掛けると、コンデンサ３０の放出エネルギ（出力電圧×電荷量）を求めることができる。前記コンデンサ３０の出力電圧としては、理論値でも、測定値もよい。

次に、マイクロコンピュータ５１からの噴射信号がローレベル（図中ｔ４）になると、スイッチ素子３１がオフ状態で（図４（ｂ）参照）、スイッチ素子３３を図中ｔ４〜ｔ５の間にてスイッチングする（図４（ｅ）参照）。

まず、スイッチ素子３３がオンすると、電磁コイル３５およびグランドの間が接続される（第３状態）。このため、図８に示すように、ピエゾスタック１２７１からの電流が、スイッチ素子４０ａ、電磁コイル３５、スイッチ素子３３、抵抗素子６２、６１ａ、スイッチ素子４２ａを通過して流れる。このとき、この電流により電磁コイル３５にエネルギが蓄積される。

次に、当該電流の値（抵抗素子６２で検出される電流値）が所定値になると、スイッチ素子３３がオフする。すると、電磁コイル３５およびグランドの間が遮断される（第４の状態）。このため、図９に示すように、電磁コイル３５に蓄えられたエネルギ（電荷）に基づき、ピエゾスタック１２７１からの電流が、スイッチ素子４０ａ、電磁コイル３５、ダイオード３２、コンデンサ３０、抵抗素子６５、６１ａ、およびスイッチ素子４２ａを通過して流れる。このとき、コンデンサ３０によりピエゾスタック１２７１からの電荷（エネルギ）が回収される。

その後、当該電流の値が（抵抗素子６１ａで検出される電流値）が零になると、上述の如く、スイッチ素子３３をオンする。

以上のように、回収スイッチ制御手段として、図中ｔ４〜ｔ５では、スイッチ素子３３のスイッチング、すなわちオン、オフを繰り返すと、ピエゾスタック１２７１が放電してコンデンサ３０の回収エネルギが増加する。すなわち、コンデンサ３０による回収電荷量が増加する。

このようにピエゾスタック１２７１を放電することで、ピエゾスタック１２７１が縮小して変位拡大室１１３の燃料圧力によるボール１２３への押圧力が解除されてボール１２３が着座する。

その後、図中ｔ５〜ｔ７では、スイッチ素子３３のスイッチングを停止してオフする。

ここで、電荷検出器５３は、ｔ４〜ｔ５の間に亘って、抵抗素子６５に流れる電流を積分して電荷量（図５（ｂ）中ｂ参照）を求める。この電荷量は、コンデンサ３０がピエゾスタック１２７１から回収される回収電荷量である。なお、この電荷量にコンデンサ３０の出力電圧を掛けると、コンデンサ３０の回収エネルギ（出力電圧×電荷量）を求めることができる。

なお、スイッチ素子３３のスイッチングでも、ピエゾスタック１２７１から放電されなく、電荷が残る場合には、スイッチ素子３７のスイッチングする（図４（ｆ））。この場合、スイッチ素子３７がオンすると、図１０に示すように、ピエゾスタック１２７１の両端子が電磁コイル３５を介さずに、短絡されるので、残留電荷がなくなる。

以下、所定のクランク角のときに次気筒に対応する噴射信号が「Ｈ 」になり、次気筒用のインジェクタ６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄのピエゾアクチュエータ１ｃについて同様にピエゾスタックの充電と放電とがなされる。

次に、本実施形態のコンデンサ３０の放出電荷量および回収電荷量を用いた駆動回路２ａの温度異常の判定処理について説明する。

図１１は、マイクロコンピュータ５１の温度異常の判定処理を示すフローチャートである。この温度異常の判定処理は、エンジン稼働中において一定期間毎に、繰り返し行われる。

まず、アナログ／デジタルコンバータ５２ｂの出力に基づいてコンデンサ３０の放出電荷量ＱＯＵＴ（すなわち、ピエゾスタック１２７１による充電電荷量）を算出する（Ｓ１０：第１の算出手段）。

次に、アナログ／デジタルコンバータ５２ｂの出力に基づいてコンデンサ３０の回収電荷量ＱＲＥＴを算出する（Ｓ１１：第２の算出手段）。

次に、回収電荷量ＱＲＥＴおよび放出電荷量ＱＯＵＴに基づいて、電荷消費率ＱＲＳＴ（＝ＱＲＥＴ／ＱＯＵＴ）を求める（Ｓ１２：第３の算出手段）。

次に、今回の処理は、エンジン始動後、始めて行われるものであるか否かを判定する（Ｓ１３）。この判定は、イグニッションスイッチの出力信号に基づいて行われる。このとき、今回の処理がエンジン始動後始めて行われたものであるならば、ＹＥＳと判定して、カウンタＫのカウンタ値Ｋをクリア（Ｋ＝０）にする（Ｓ２０）。

一方、今回の処理はエンジン始動後始めて行われたものでなく、２回目以降ならば、ＮＯと判定して、電荷消費率ＱＲＳＴが基準消費率ＦＱＲＴよりも大きいか否かを判定する。

電荷消費率ＱＲＳＴが基準消費率ＦＱＲＴよりも大きいとき（ＱＲＳＴ＞ＦＱＲＴ）、ＹＥＳと判定して、カウンタＫのカウンタ値Ｋをインクリメント（Ｋ＝Ｋ＋１）にする（Ｓ１６）。また電荷消費率ＱＲＳＴが基準消費率ＦＱＲＴよりも小さきとき（ＱＲＳＴ＜ＦＱＲＴ）、ＮＯと判定して、カウンタＫのカウンタ値Ｋをクリア（Ｋ＝０）にする（Ｓ２０）。

次に、カウンタＫのカウンタ値Ｋが基準回数ＦＫを超えたか否かを判定する（Ｓ１７）。カウンタＫのカウンタ値Ｋが基準回数ＦＫを超えとき、ＹＥＳと判定して駆動回路２ａが温度異常であると判定する（Ｓ１９）。また、カウンタＫのカウンタ値Ｋが基準回数ＦＫ未満であるとき、ＮＯと判定して駆動回路２ａが正常温度であると判定する（Ｓ１８）。

すなわち、電荷消費率ＱＲＳＴが基準消費率ＦＱＲＴよりも大きい状態が、一定の基準回数ＦＫ以上、続けてカウントされると、駆動回路２ａが温度異常であると判定されることになる。なお、上述のＳ１５〜Ｓ２０の処理が特許請求範囲の温度判定手段に相当する。

以上説明した本実施形態によれば、コンデンサ３０の回収電荷量ＱＲＥＴおよび放出電荷量ＱＯＵＴに基づいて、駆動回路２ａの電荷消費率ＱＲＳＴを求めている。そして、電荷消費率ＱＲＳＴに基づいて駆動回路２ａが温度異常であるか否かを判定する。したがって、ピエゾアクチュエータの損失エネルギが温度により変動しても、駆動回路２ａが温度異常であるか否かを正確に判定できる。

上述の第１の実施形態では、駆動回路２ａの異常温度を判定する際に、電荷消費率ＱＲＳＴを用いた例について説明したが、これに限らず、本発明は、消費電荷量、消費エネルギ、エネルギ消費率を用いても良い。

ここで、消費電荷量ＱＣＯＮは、放出電荷量ＱＯＵＴと回収電荷量ＱＲＥＴとの差分である（ＱＣＯＮ＝ＱＯＵＴ−ＱＲＥＴ）。消費エネルギは、放出エネルギ（ＱＯＵＴ×ＶＤＣ）と回収エネルギ（ＱＲＥＴ×ＶＤＣ）との差分である。
エネルギ消費率は、放出エネルギに対する回収エネルギの比率である（エネルギ消費率＝放出エネルギ／回収エネルギ）。

上述の第１の実施形態では、回収電荷量ＱＲＥＴおよび放出電荷量ＱＯＵＴに基づいて、駆動回路２ａが温度異常であるか否かを判定した例について説明したが、これに代えて、異常判定手段として、回収電荷量ＱＲＥＴ、放出電荷量ＱＯＵＴ、電荷消費率ＱＲＳＴのうちいずれか１つを用いて、駆動回路２ａが異常であるか否かを判定しても良い。

すなわち、回収電荷量ＱＲＥＴ、放出電荷量ＱＯＵＴ、電荷消費率ＱＲＳＴのそれぞれに対して許容値を設定して、回収電荷量ＱＲＥＴ、放出電荷量ＱＯＵＴ、電荷消費率ＱＲＳＴのいずれか１つが許容値を下回っているか否かを判定して、異常であるか否かを判定する。
（第２実施形態）
ピエゾスタック１２７は、経年変化により伸長量が劣化し、インジェクタ６ａ〜６ｄの燃料の噴出量が減る場合がある。そこで、本第２実施形態では、マイクロコンピュータ５１が経年劣化に伴うインジェクタ６ａ〜６ｄの燃料の噴出量の減少をピエゾスタック１２７への通電期間を補正により補うようにする。

本実施形態のピエゾスタック１２７の通電期間を算出する処理を図１２〜図１５を用いて説明する。

図１２、図１３は通電期間の算出処理を示すフローチャート、図１４は
通電期間補正量ＴＱＤと電荷消費率ＱＲＳＴとの関係を示す特性図、図１５は、噴射信号、共通接続端子Ｓ３の電圧を示すタイミングチャートである。

まず、マイクロコンピュータ５１は、図１２のフローチャートにしたがって、気筒毎にピエゾスタック１２７の通電時間を算出する。

まず、第１気筒〜第４気筒のそれぞれの通電期間補正量ＴＱＤを、図１４に基づいて求める（Ｓ４０）。図１４において電荷消費率ＱＲＳＴが一定レベルを超えると、電荷消費率ＱＲＳＴの増加に伴い通電期間補正量ＴＱＤが徐々に大きくなる特性を有している。電荷消費率ＱＲＳＴは、経年変化に伴って、増加するものである。

ここで、第１気筒の通電期間補正量ＴＱＤを「ＴＱＤ１」とし（Ｓ４１：ＹＥＳ、Ｓ４４）、第２気筒の通電期間補正量ＴＱＤを「ＴＱＤ２」とする（Ｓ４２：ＹＥＳ、Ｓ４５）。第３気筒の通電期間補正量ＴＱＤを「ＴＱＤ３」とし（Ｓ４３：ＹＥＳ、Ｓ４６）、第４気筒の通電期間補正量ＴＱＤを「ＴＱＤ４」とし（Ｓ４３：ＮＯ、Ｓ４７）、
このように、第１気筒〜第４気筒の通電期間補正量ＴＱＤ１、ＴＱＤ２、ＴＱＤ３、ＴＱＤ４を求めることができる。

次に、図１３のＳ５０に移行して、基本通電期間ＴＱＢＡＳを求める。基本通電期間ＴＱＢＡＳは、噴射量目標値ＱＴＲＧおよびレール圧力ＰＣＲから求められるものであり、噴射量目標値ＱＴＲＧが少なくなり、レール圧力ＰＣＲが高くなるほど短くなる。

ここで、噴射量目標値ＱＴＲＧは、インジェクタ６ａ〜６ｄから１回の噴射に噴射される燃料噴射量の目標値である。レール圧力ＰＣＲは、コモンレール圧力センサ９により求められるものである。

次に、第１気筒〜第４気筒について、通電期間補正手段として、通電期間ＴＱをそれぞれ求める（Ｓ５１）。

ここで、通電期間ＴＱは、ピエゾスタック１２７に対して充電開始後において放電（回収）を始める直前までの時間を示す。

第１気筒については通電期間ＴＱを（基本通電期間ＴＱＢＡＳ＋通電期間補正量ＴＱＤ１）とし、第２気筒については通電期間ＴＱを（基本通電期間ＴＱＢＡＳ＋通電期間補正量ＴＱＤ２）とし、第３気筒については通電期間ＴＱを（基本通電期間ＴＱＢＡＳ＋通電期間補正量ＴＱＤ３）とし、第４気筒については通電期間ＴＱを（基本通電期間ＴＱＢＡＳ＋通電期間補正量ＴＱＤ４）とする。

このように第１気筒〜第４気筒において補正された通電期間ＴＱを用いてピエゾスタック１２７を駆動すると、ピエゾスタック１２７の通電時間、すなわち、図１５に示すように、インジェクタ６ａ〜６ｄの噴射時間が補正される。このため、噴射量が適正値に補償される。

上述の第２の実施形態では、通電期間補正量ＴＱＤ１を求める際に、電荷消費率ＱＲＳＴを用いた例について説明したが、これに限らず、本発明は、消費電荷量、消費エネルギ、エネルギ消費率を用いても良い。
（第３実施形態）
ピエゾスタック１２７は、経年変化により充電量に対する伸長量が劣化し、インジェクタ６ａ〜６ｄの燃料の噴出量が減る場合がある。そこで、本第３実施形態では、マイクロコンピュータ５１が経年劣化に伴うインジェクタ６ａ〜６ｄの燃料の噴出量の減少をピエゾスタック１２７への充電量の補正により補うようにする。

本実施形態のピエゾスタック１２７の充電量を算出する処理を図１６〜図１９を用いて説明する。

図１６、図１７は充電量の算出処理を示すフローチャート、図１８は充電量補正量ＥＤと電荷消費率ＱＲＳＴとの関係を示す特性図、図１９は、噴射信号、共通接続端子Ｓ３の電圧変化を示すタイミングチャートである。

まず、マイクロコンピュータ５１は、図１６、図１７のフローチャートにしたがって、気筒毎にピエゾスタック１２７の充電量を算出する。

まず、第１気筒〜第４気筒のそれぞれの充電量補正量ＥＤを、図１８に基づいて求める（Ｓ６０）。図１８において電荷消費率ＱＲＳＴが一定レベルを超えると、電荷消費率ＱＲＳＴの増加に伴い充電量ＥＤが徐々に大きくなる特性を有している。電荷消費率ＱＲＳＴは、経年変化に伴って、増加するものである。

ここで、第１気筒の充電量補正量ＥＤを「ＥＤ１」とし（Ｓ６１：ＹＥＳ、Ｓ６４）、第２気筒の充電量補正量ＥＤを「ＥＤ２」とする（Ｓ６２：ＹＥＳ、Ｓ６５）。第３気筒の充電補正量ＥＤを「ＥＤ３」とし（Ｓ６３：ＹＥＳ、Ｓ６６）、第４気筒の充電補正量ＥＤを「ＥＤ４」とする（Ｓ６３：ＮＯ、Ｓ６７）。

このように、第１気筒〜第４気筒の充電量補正量ＥＤ１〜ＥＤ４を求めることができる。

次に、図１７のＳ７１に移行して、蓄電量補正手段として、基本充電量ＥＢＡＳを求める。基本充電量ＥＢＡＳは、レール圧力ＰＣＲから求められるものであり、レール圧力ＰＣＲが高くなるほど多くなる。

次に、第１気筒〜第４気筒について、充電目標量ＥＴＲＧをそれぞれ求める（Ｓ７２）。ここで、充電目標量ＥＴＲＧは、ピエゾスタック１２７に対して蓄える電荷量（エネルギ量）を示す。

第１気筒については目標充電量ＥＴＲＧを（基本充電量ＥＢＡＳ＋充電量補正量ＥＤ１）とし、第２気筒については目標充電量ＥＴＲＧを（基本充電量ＥＢＡＳ＋充電量補正量ＥＤ２）とし、第３気筒については目標充電量ＥＴＲＧを（基本充電量ＥＢＡＳ＋充電量補正量ＥＤ３）とし、第４気筒については目標充電量ＥＴＲＧを（基本充電量ＥＢＡＳ＋充電量補正量ＥＤ４）とする。

このように第１気筒〜第４気筒において目標充電量ＥＴＲＧを用いてピエゾスタック１２７を駆動すると、図１５に示すように、ピエゾスタック１２７の充電量が増え、伸長量が適正値に補償される。

上述の第３の実施形態では、充電量補正量ＥＤ３求める際に、電荷消費率ＱＲＳＴを用いた例について説明したが、これに限らず、本発明は、消費電荷量、消費エネルギ、エネルギ消費率を用いても良い。
（第４実施形態）
本第４実施形態では、駆動回路２ａの消費エネルギが増加した場合に、マイクロコンピュータ５１が１燃焼サイクルの噴射回数を制限する例について説明する。

本実施形態の噴射回数を算出する処理を図２０、図２１を用いて説明する。

図２０はマイクロコンピュータ５１における噴射回数の算出処理を示すフローチャート、図２１は雰囲気温度ＴＡＩＲと許容消費エネルギＥＭＡＸとの関係を示す特性図である。

まず、Ｓ８１において、１回の噴射の際のピエゾスタック１２７１〜１２７４の駆動エネルギと過去の燃料噴射の電荷消費率（≒エネルギ消費率）に基づいて、予想消費エネルギＥＣＯＮＥを算出する。ＥＣＯＮＥは、次の燃料噴射（充放電）の際の駆動回路２ａの消費エネルギの推定値である。

具体的には、次の数式１に基づいて、予想消費エネルギ量ＥＣＯＮＥを算出する。

ＥＣＯＮＥ＝（ＥＢＡＳ＋ＥＤ１）×ＱＲＳＴ１
＋（ＥＢＡＳ＋ＥＤ２）×ＱＲＳＴ２
＋（ＥＢＡＳ＋ＥＤ３）×ＱＲＳＴ３
＋（ＥＢＡＳ＋ＥＤ４）×ＱＲＳＴ４……数式１
ここで、（ＥＢＡＳ＋ＥＤ１）は、第１気筒における１回の燃料噴射の際のピエゾスタック１２７１の充電量（駆動エネルギ）である。（ＥＢＡＳ＋ＥＤ２）は、第２気筒における１回の燃料噴射の際のピエゾスタック１２７２の充電量である。（ＥＢＡＳ＋ＥＤ３）は、第３気筒における１回の燃料噴射の際のピエゾスタック１２７３の充電量である。（ＥＢＡＳ＋ＥＤ４）は、第４気筒における１回の燃料噴射の際のピエゾスタック１２７３の充電量である。

ＥＢＡＳ、ＥＤ１、ＥＤ２、ＥＤ３、ＥＤ４は、上述の第３実施形態で用いられたデータであり、具体的にはＥＢＡＳは、基本充電量、ＥＤ１は、第１気筒の充電量補正量、ＥＤ２は、第２気筒の充電量補正量、ＥＤ３は、第３気筒の充電量補正量、ＥＤ４は第４気筒の充電量補正量である。

また、ＱＲＳＴ１は、第１気筒のピエゾスタック１２７１を充放電する際の電荷消費率であり、上述の第１実施形態で求められる「ＱＲＳＴ＝（ＱＲＥＴ／ＱＯＵＴ）」と同一である。

ＱＲＳＴ２は、第２気筒のピエゾスタック１２７２を充放電する際の電荷消費率であり、ＱＲＳＴ３は、第３気筒のピエゾスタック１２７３を充放電する際の電荷消費率であり、ＱＲＳＴ４は、第４気筒のピエゾスタック１２７４を充放電する際の電荷消費率である。

次に、Ｓ８２において、許容消費エネルギＥＭＡＸを図２１に基づいて算出する。

許容消費エネルギＥＭＡＸは、１燃焼サイクルあたりの駆動回路２ａの消費エネルギの許容最大値である。また、図２１によれば、雰囲気温度ＴＡＩＲが一定温度までは、許容消費エネルギＥＭＡＸは一定であるが、一定温度以下になると、許容消費エネルギＥＭＡＸは徐々に低下する特性図である。なお、雰囲気温度ＴＡＩＲは、吸気温度、大気温度等の雰囲気温度と相関の強い温度パラメータとする必要がある。

次に、Ｓ８３において、次の数式２を用いて、噴射回数制限値ＮＩＬを算出する。

ＮＩＬ＝ＥＭＡＸ／ＥＣＯＮＥ……数式２
すなわち、許容消費エネルギＥＭＡＸを１回噴射あたりの予想消費エネルギＥＣＯＮＥで除算すると制限すべき噴射回数ＮＩＬが算出される。ここで、小数点以下は切り捨てられる。

次に、Ｓ８４において、次の数式３を用いて、基本噴射回数ＮＩＢＡＳを算出する。

ＮＩＢＡＳ＝ｆ（ＮＥ，ＱＴＲＧ）……数式３
すなわち、基本噴射回数ＮＩＢＡＳは、エンジン回転数ＮＥと目標噴射量ＱＴＲＧ（１回の噴射の燃料噴射量の目標値）とから求められるものである。

次に、Ｓ８５において、噴射回数決定手段として噴射回数ＮＩを決める。すなわち、上述の基本噴射回数ＮＩＢＡＳおよび噴射回数制限値ＮＩＬのうち最小値を噴射回数ＮＩとして決定する。

以上のように噴射回数ＮＩを制限するので、駆動回路２ａの発熱およびＤＣ−ＤＣコンバータ２０の出力能力がその限界を超えないようにすることができる。

なお、本発明の実施するにあたり、上述の第４実施形態で説明した噴射回数ＮＩの制限は、全ての気筒において適用される場合に限らず、噴射回数の制限を実施する気筒を変更してもよい。

また、上述の第４実施形態では、駆動回路２ａの発熱がその限界を超えないようにするために噴射回数ＮＩを制限した例について説明したが、これに代えて、本発明では、次のようにしても良い。

すなわち、マイクロコンピュータ５１が、充電量決定手段として、ピエゾスタック１２７の充電エネルギ（或いは蓄積電荷量）を決める場合において、消費エネルギが大きくなると、ピエゾスタック１２７蓄積させるエネルギを制限する。

なお、この場合、消費エネルギに限らず、回収エネルギ、エネルギ消費率、回収電荷量、消費電荷率のうちいずれか１つを用いてもよい。

（第５実施形態）
上述の第４実施形態では、１燃焼サイクルあたりの、消費エネルギを制限するため、噴射回数を制限した例について説明したが、これに限らず、本第５実施形態では、次のように、レール圧を制限して、消費エネルギを制限してもよい。

まず、ＥＣＵ２によるコモンレール圧力センサ９の検出値に応じたピエゾスタック１２７の充電量の制御について説明する。

図２において、弁室１１０内において、ボール１２３には、その下側から高圧燃料の圧力（すなわち、レール圧力）が加わる。このため、高圧燃料の圧力が高くなるほど、ボール１２３には、大きな圧力が加わる。したがって、一定のリフト量、ボール１２３を変位させるのにも、高圧燃料の圧力に応じて、ピエゾスタック１２７の駆動エネルギ（充電量）を変える必要がある。そこで、ＥＣＵ２は、コモンレール圧力センサ９の検出値に基づいて、ピエゾスタック１２７の充電量を変更している。すなわち、レール圧力が大きくなるほど、ピエゾスタック１２７の充電量を大きくしている。

本第５実施形態では、ＥＣＵ２ は、消費エネルギに基づいて高圧燃料供給ポンプ７を制御してコモンレール８からの燃料圧力を調整して、コモンレール８からの燃料圧力を制限する。

すなわち、消費エネルギが増加すると、高圧燃料供給ポンプ７を制御して燃料圧力（レール圧）を低減する。このため、ボール１２３を変位させるのに必要であるピエゾスタック１２７の充電量を間接的に減らすことができる。

上述の第５実施形態では、高圧燃料供給ポンプ７を制御する際に消費エネルギを指標に用いた例について説明したが、これに代えて、本発明では、電荷消費率ＱＲＳＴ、消費電荷量、エネルギ消費率のいずれか１つを用いても良い。

（第６実施形態）
本第６実施形態では、ＤＣ−ＤＣコンバータ２０のピーク電流（すなわち、最大出力電流）を消費エネルギに応じて変更する例について説明する。

この場合、マイクロコンピュータ５１におけるＤＣ−ＤＣコンバータ２０の必要昇圧能力ＥＤＣＲを算出する例について図２２を参照して説明する。

まず、Ｓ９１ではトータルエネルギ消費量ＥＣＯＮＴをエンジン回転数で除算し、さらに１秒当りに換算するため６０秒で除算してＤＣ／ＤＣの必要昇圧能力ＥＤＣＲを算出する。

ここで、トータルエネルギ消費量ＥＣＯＮＴとは、第１気筒、第２気筒、第３気筒第、４気筒の全ての消費エネルギＥＣＯＮ１、ＥＣＯＮ２、ＥＣＯＮ３、ＥＣＯＮ４を総計したものである（ＥＣＯＮＴ＝ＥＣＯＮ１＋ＥＣＯＮ２＋ＥＣＯＮ３＋ＥＣＯＮ４）。

この場合、１気筒毎に消費エネルギＥＣＯＮとして、放出エネルギ（ＱＯＵＴ×ＶＤＣ）と回収エネルギ（ＱＲＥＴ×ＶＤＣ）との差分を求め、４気筒分の差分を総計して、トータルエネルギ消費量ＥＣＯＮＴを求めることになる。

次に、Ｓ９２において、必要昇圧能力ＥＤＣＲとピーク電流ＩＤＣの関係を示すマップデータに基づいて、ＤＣ／ＤＣコンバータ（昇圧回路）２０のピーク電流ＩＤＣを制御する。マップデータでは、図２３に示すように、必要昇圧能力ＥＤＣＲが大きくなるほどピーク電流ＩＤＣが大きくなる特性になっている。

このようにマップデータに基づいてＤＣ／ＤＣコンバータ２０が制御されるので、エネルギの消費が大きくなるほどＤＣ／ＤＣコンバータ（昇圧回路）２０のピーク電流ＩＤＣ（最大出力電流）が大きくなる。

なお、ピーク電流ＩＤＣは、バッテリＢａの出力電圧が低くなるほど、大きくなる。また、必要昇圧能力ＥＤＣＲが所定以下ではピーク電流ＩＤＣを所定値以上に制限しても良い。
（他の実施形態）
上述の各実施形態では、本発明に係る駆動回路をディーゼルエンジンのコモンレール式の燃料噴射装置に適用した例について説明したが、これに限らず、本発明は、ピエゾスタック（圧電素子）を用いるものならば、いずれの装置に適用されるものでもよい。

本発明の第１実施形態に係るディーゼルエンジンのコモンレール式の燃料噴射装置の構成を示す図である。 図１のインジェクタの構成を示す模式図である。 図１のインジェクタのピエゾスタックを駆動する駆動回路の回路構成を示す電気回路図である。 図３の作動を示すタイミングチャートである。 図３の作動を示すタイミングチャートである。 図３のピエゾスタックの充電時の通電経路を示す電気回路図である。 図３のピエゾスタックの充電時の通電経路を示す電気回路図である。 図３のピエゾスタックの放電時の通電経路を示す電気回路図である。 図３のピエゾスタックの放電時の通電経路を示す電気回路図である。 図３のピエゾスタックの放電時の通電経路を示す電気回路図である。 上述の第１実施形態の異常判定処理を示すフローチャートである。 本発明の第２実施形態の通電期間補正量算出処理のフローチャートである。 上述の第２実施形態の通電期間補正処理のフローチャートである。 上述の第２実施形態の電荷消費率と通電期間補正量の関係図である。 上述の第２実施形態のピエゾスタックの発生電圧を示すタイミングチャートである。 本発明の第３実施形態の充電量算出処理のフローチャートである。 上述の第３実施形態の充電量補正処理のフローチャートである。 上述の第３実施形態の電荷消費率と充電量補正量の関係図である。 上述の第３実施形態のピエゾスタックの発生電圧を示すタイミングチャートである。 本発明の第４実施形態の噴射回数算出処理のフローチャートである。 上述の第４実施形態の雰囲気温度および許容消費エネルギの関係を示す特性図である。 本発明の第６実施形態のピーク電流算出処理のフローチャートである。 上述の第６実施形態のピーク電流およびＤＣ／ＤＣ昇圧能力との関係を示す特性図である。

符号の説明

１ａ…ノズル部、１ｂ…背圧制御部 、１ｃ…ピエゾアクチュエータ、
６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ…インジェクタ、２０…ＤＣ−ＤＣコンバータ、
３０…コンデンサ、３１、３３、４０ａ、４０ｂ…スイッチ素子、
３５…電磁コイル、４０…バンク切替スイッチ、

Claims (26)

1. 圧電素子を駆動するためのエネルギを蓄積するコンデンサ（３０）と、
   前記圧電素子を充電させるときには前記コンデンサから電流が前記圧電素子に流れ、また前記圧電素子から放電させるときには前記圧電素子から前記コンデンサに電流が流れるようにした充放電回路と、
   前記圧電素子を充電させるときに前記コンデンサから放出された放出エネルギを求める第１の算出手段（Ｓ１０）と、
   前記圧電素子が放電するときには前記コンデンサが前記圧電素子から回収する回収エネルギを求める第２の算出手段（Ｓ１１）と、
   前記放出エネルギおよび前記回収エネルギに基づいて、消費エネルギおよびエネルギ消費率のうちいずれか一方を算出する第３の算出手段（Ｓ１２）と、
   前記消費エネルギおよび前記エネルギ消費率のうちいずれか一方に基づいて、当該駆動回路の温度が許容温度を超えているか否かを判定する温度判定手段（Ｓ１５〜Ｓ２０）と、
   前記回収エネルギ、前記消費エネルギ、および前記エネルギ消費率のうちいずれか１つが許容値を下回るか否かを判定することにより、前記圧電素子が異常であるか否かを判定する異常判定手段と、を備えていることを特徴とする駆動回路。
2. 前記第１の算出手段は、前記コンデンサおよび前記圧電素子の間を流れる電流を積分して、この積分値に基づいて前記放出エネルギを求めるものであり、
   前記第２の算出手段は、前記コンデンサおよび前記圧電素子の間を流れる電流を積分して、この積分値に基づいて前記回収エネルギを求めることを特徴とする請求項１に記載の駆動回路。
3. 前記コンデンサは、発生電圧の変動を抑えるために１００μＦ以上の静電容量を有しているものであることを特徴とする請求項１または２に記載の駆動回路。
4. 前記充放電回路は、
   前記コンデンサと前記圧電素子との間に接続される電磁コイル（３５）と、
   前記コンデンサと前記電磁コイルとの間を配設される第１のスイッチ素子（３１）と、
   前記第１のスイッチ素子をオン、オフさせる充電スイッチ制御手段（５０、５１）と、を備え、
   前記第１のスイッチ素子がオンした第１の状態で、前記コンデンサから前記第１のスイッチ素子および前記電磁コイルを通して前記圧電素子に向けて流れる電流に基づいて前記圧電素子が充電され、
   前記第１のスイッチ素子がオフした第２の状態で、前記電磁コイルに蓄えられたエネルギに基づいて、前記電磁コイルを通して前記圧電素子に向けて流れる電流に基づいて前記圧電素子が充電され、
   前記充電スイッチ制御手段は、前記第１のスイッチ素子を制御して、前記第１の状態と前記第２の状態とを交互に繰り返して、前記圧電素子の蓄えられるエネルギを増加させることを特徴とする請求項１ないし３のうちいずれか１つに記載の駆動回路。
5. 前記充放電回路は、
   前記電磁コイルのうち前記コンデンサ側端子とグランドとの間に配設される第２のスイッチ素子（３３）と、
   前記第２のスイッチ素子をオン、オフさせる回収スイッチ制御手段（５０、５１）と、を備え、
   前記第１のスイッチ素子がオフし、かつ前記第２のスイッチ素子がオンした第３の状態で、前記圧電素子から前記電磁コイルを通して前記第２のスイッチ素子側に電流が流れ
   前記第１のスイッチ素子がオンし、かつ前記第２のスイッチ素子がオフした第４の状態で、前記電磁コイルに蓄えられたエネルギに基づいて、前記圧電素子から前記電磁コイルおよび前記第１のスイッチ素子を通して前記コンデンサに向けて流れる電流に基づいて前記コンデンサによりエネルギが回収され、
   前記回収スイッチング制御手段は、前記第１、２のスイッチ素子を制御して、前記第３の状態と前記第４の状態とを交互に繰り返して、前記コンデンサの回収エネルギを増加させることを特徴とする請求項４に記載の駆動回路。
6. 請求項１ないし５のいずれか１つに記載の駆動回路を備え、
   前記圧電素子は、その駆動により、内燃機関に対する燃料噴射を制御するものであることを特徴とする燃料噴射用圧電素子の駆動回路。
7. 前記内燃機関の１燃焼サイクルにおいて前記圧電素子の駆動に基づく燃料噴射の回数を決める噴射回数決定手段（Ｓ８５）を備え、
   前記噴射回数決定手段は、前記放出エネルギ、前記回収エネルギ、前記消費エネルギ、およびエネルギ消費率のうちいずれか１つに基づいて、前記１燃焼サイクルにおける燃料噴射の回数を制限することを特徴とする請求項６に記載の燃料噴射用圧電素子の駆動回路。
8. 前記圧電素子を駆動するために前記圧電素子に蓄積させるエネルギを決める充電量決定手段を備え、
   前記充電量決定手段は、前記回収エネルギ、前記消費エネルギ、およびエネルギ消費率のうちいずれか１つに基づいて、前記圧電素子に蓄積させるエネルギを制限することを特徴とする請求項６または７に記載の燃料噴射用圧電素子の駆動回路。
9. 前記回収エネルギ、前記消費エネルギ、およびエネルギ消費率のうちいずれか１つに基づいて、前記圧電素子の経年変化を補うように前記圧電素子に通電する通電期間を補正する通電期間補正手段（Ｓ５１）を備えることを特徴とする請求項６ないし８のうちいずれか１つに記載の燃料噴射用圧電素子の駆動回路。
10. 前記回収エネルギ、前記消費エネルギ、およびエネルギ消費率のうちいずれか１つに基づいて、前記圧電素子の経年変化を補うように前記圧電素子に蓄積するエネルギを補正する蓄積量補正手段（Ｓ７２）を備えることを特徴とする請求項６ないし９のうちいずれか１つに記載の燃料噴射用圧電素子の駆動回路。
11. バッテリ（Ｂａ）の出力電圧を昇圧して昇圧電圧を前記コンデンサに出力し、昇圧能力を調整可能に構成されている昇圧回路（２０）と、
    前記回収エネルギ、前記消費エネルギ、およびエネルギ消費率のうちいずれか１つに基づいて、前記エネルギの消費が大きいほど最大出力電流を上げるように前記昇圧回路を制御する昇圧能力制御手段（５０、５１）と、
    を備えることを特徴とする請求項６ないし１０のうちいずれか１つに記載の燃料噴射用圧電素子の駆動回路。
12. 噴出孔を開閉するニードル（１２１）を有してコモンレールから供給される高圧の燃料を前記噴出孔から内燃機関に噴出するノズル部（１０４）と、
    前記コモンレールから燃料が導入され、前記ニードルの背圧を発生させる背圧室（１０６）と、
    前記背圧室と低圧源の間に介設された弁室内（１１０）に弁体（１２３）が配設されこの弁体の変位で背圧室にて発生する背圧の増減可能に構成される背圧増減手段（１ｂ）と、
    請求項６ないし１１のうちいずれか１つに記載の燃料噴射用圧電素子の駆動回路および前記圧電素子と、を備え、
    前記圧電素子がその充放電により前記弁体を変位させる駆動力を発生して、前記背圧の増減に基づいて前記ニードルにより噴出孔を開閉させるように構成されていることを特徴とする燃料噴射装置。
13. 前記ノズル部から燃料噴出するのに必要である前記圧電素子の蓄積エネルギが、前記コモンレールからの燃料の圧力が高くなるほど、大きくなるものであり、
    前記コモンレールからの燃料圧力を調整する圧力調整手段（７）と、
    前記圧力調整手段は、前記回収エネルギ、前記消費エネルギ、およびエネルギ消費率のうちいずれか１つに基づいて前記圧力調整手段を制御して前記コモンレールからの燃料圧力を制限する圧力制御手段（２）と、
    を備えることを特徴とする請求項１２に記載の燃料噴射装置。
14. 圧電素子を駆動するための電荷を蓄積するコンデンサ（３０）と、
    前記圧電素子を充電させるときには前記コンデンサから電流が前記圧電素子に流れ、また前記圧電素子から放電させるときには前記圧電素子から前記コンデンサに電流が流れるようにした充放電回路と、
    前記圧電素子を充電させるときに前記コンデンサから放出された放出電荷を求める第１の算出手段（Ｓ１０）と、
    前記圧電素子が放電するときには前記コンデンサが前記圧電素子から回収する回収電荷を求める第２の算出手段（Ｓ１１）と、
    前記放電電荷量および前記回収電荷量に基づいて、消費電荷量および電荷消費率のうちいずれか一方を算出する第３の算出手段（Ｓ１２）と、
    前記消費電荷量および前記電荷消費率のうちいずれか一方に基づいて、当該駆動回路の温度が許容温度を超えているか否かを判定する温度判定手段（Ｓ１５〜Ｓ２０）と、
    前記回収電荷量、前記消費電荷量、および前記電荷消費率のうちいずれか１つが許容値を下回るか否かを判定することにより、前記圧電素子が異常であるか否かを判定する異常判定手段と、を備えていることを特徴とする駆動回路。
15. 前記第１の算出手段は、前記コンデンサおよび前記圧電素子の間を流れる電流を積分して、この積分値に基づいて前記放電電荷量を求めるものであり、
    前記第２の算出手段は、前記コンデンサおよび前記圧電素子の間を流れる電流を積分して、この積分値に基づいて前記回収電荷量を求めることを特徴とする請求項１４に記載の駆動回路。
16. 前記コンデンサは、発生電圧の変動を抑えるために１００μＦ以上の静電容量を有しているものであることを特徴とする請求項１４または１５に記載の駆動回路。
17. 前記充放電回路は、
    前記コンデンサと前記圧電素子との間に接続される電磁コイル（３５）と、
    前記コンデンサと前記電磁コイルとの間を配設される第１のスイッチ素子（３１）と、
    前記第１のスイッチ素子をオン、オフさせる充電スイッチ制御手段（５０、５１）と、を備え、
    前記第１のスイッチ素子がオンした第１の状態で、前記コンデンサから前記第１のスイッチ素子および前記電磁コイルを通して前記圧電素子に向けて流れる電流に基づいて前記圧電素子が充電され、
    前記第１のスイッチ素子がオフした第２の状態で、前記電磁コイルに蓄えられたエネルギに基づいて、前記電磁コイルを通して前記圧電素子に向けて流れる電流に基づいて前記圧電素子が充電され、
    前記充電スイッチ制御手段は、前記第１のスイッチ素子を制御して、前記第１の状態と前記第２の状態とを交互に繰り返して、前記圧電素子の蓄えられる電荷量を増加させることを特徴とする請求項１４ないし１６のうちいずれか１つに記載の駆動回路。
18. 前記充放電回路は、
    前記電磁コイルのうち前記コンデンサ側端子とグランドとの間に配設される第２のスイッチ素子（３３）と、
    前記第２のスイッチ素子をン、オフさせる回収スイッチング制御手段（５０）と、を備え、
    前記第１のスイッチ素子がオフし、かつ前記第２のスイッチ素子がオンした第３の状態で、前記圧電素子から前記電磁コイルを通して前記第２のスイッチ素子側に電流が流れ
    前記第１のスイッチ素子がオンし、かつ前記第２のスイッチ素子がオフした第４の状態で、前記電磁コイルに蓄えられたエネルギに基づいて、前記圧電素子から前記電磁コイルおよび前記第１のスイッチ素子を通して前記コンデンサに向けて流れる電流に基づいて前記コンデンサによりエネルギが回収され、
    前記回収スイッチング制御手段は、前記第１、２のスイッチ素子を制御して、前記第３の状態と前記第４の状態とを交互に繰り返して、前記コンデンサの回収電荷量を増加させることを特徴とする請求項１７に記載の駆動回路。
19. 請求項１４ないし１８のいずれか１つに記載の駆動回路を備え、
    前記圧電素子は、その駆動により、内燃機関に対する燃料噴射を制御するものであることを特徴とする燃料噴射用圧電素子の駆動回路。
20. 前記内燃機関の１燃焼サイクルにおいて前記圧電素子の駆動に基づく燃料噴射の回数を決める噴射回数決定手段（Ｓ８５）を備え、
    前記噴射回数決定手段は、前記放電電荷量、前記回収電荷量、前記消費電荷量、および電荷消費率のうちいずれか１つに基づいて、前記１燃焼サイクルにおける燃料噴射の回数を制限することを特徴とする請求項１９に記載の燃料噴射用圧電素子の駆動回路。
21. 前記圧電素子を駆動するために前記圧電素子に蓄積させる電荷を決める充電量決定手段を備え、
    前記充電量決定手段は、前記回収電荷量、前記消費電荷量、および電荷消費率のうちいずれか１つに基づいて、前記圧電素子に蓄積させる電荷を制限することを特徴とする請求項１９または２０に記載の燃料噴射用圧電素子の駆動回路。
22. 前記回収電荷量、前記消費電荷量、および電荷消費率のうちいずれか１つに基づいて、前記圧電素子の経年変化を補うように前記圧電素子に通電する通電期間を補正する通電期間補正手段（Ｓ５１）を備えることを特徴とする請求項１９ないし２１のうちいずれか１つに記載の燃料噴射用圧電素子の駆動回路。
23. 前記回収電荷量、前記消費電荷量、および電荷消費率のうちいずれか１つに基づいて、前記圧電素子の経年変化を補うように前記圧電素子に蓄積する電荷を補正する蓄積量補正手段（７２）を備えることを特徴とする請求項１９ないし２２のうちいずれか１つに記載の燃料噴射用圧電素子の駆動回路。
24. バッテリ（Ｂａ）の出力電圧を昇圧して昇圧電圧を前記コンデンサに出力し、昇圧能力を調整可能に構成されている昇圧回路（２０）と、
    前記回収電荷量、前記消費電荷量、および電荷消費率のうちいずれか１つに基づいて、前記電荷の消費が大きいほど最大出力電流を上げるように前記昇圧回路を制御する昇圧能力制御手段（５０、５１）と、
    を備えることを特徴とする請求項１９ないし２３のうちいずれか１つに記載の燃料噴射用圧電素子の駆動回路。
25. 噴出孔を開閉するニードル（１２１）を有してコモンレールから供給される高圧の燃料を前記噴出孔から内燃機関に噴出するノズル部（１０４）と、
    前記コモンレールから燃料が導入され、前記ニードルの背圧を発生させる背圧室（１０６）と、
    前記背圧室と低圧源の間に介設された弁室内（１１０）に弁体（１２３）が配設されこの弁体の変位で背圧室にて発生する背圧の増減可能に構成される背圧増減手段（１ｂ）と、
    請求項１９ないし２４のうちいずれか１つに記載の燃料噴射用圧電素子の駆動回路および前記圧電素子と、を備え、
    前記圧電素子がその充放電により前記弁体を変位させる駆動力を発生して、前記背圧の増減に基づいて前記ニードルにより噴出孔を開閉させるように構成されていることを特徴とする燃料噴射装置。
26. 前記ノズル部から燃料噴出するのに必要である前記圧電素子の蓄積電荷が、前記コモンレールからの燃料の圧力が高くなるほど、大きくなるものであり、
    前記コモンレールからの燃料圧力を調整する圧力調整手段（７）と、
    前記圧力調整手段は、前記回収電荷量、前記消費電荷量、および電荷消費率のうちいずれか１つに基づいて前記圧力調整手段を制御して前記コモンレールからの燃料圧力を制限する圧力制御手段（２）と、
    を備えることを特徴とする請求項２５に記載の燃料噴射装置。

Images