JPH10288119A

JPH10288119A - 燃料噴射弁の駆動装置

Info

Publication number: JPH10288119A
Application number: JP9102232A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Katsu; 雅彦勝; Masahiko Iiizumi; 雅彦飯泉; Takayuki Arai; 孝之荒井; Takashi Fukuda; 隆福田
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1997-04-18
Filing date: 1997-04-18
Publication date: 1998-10-27

Abstract

(57)【要約】【課題】圧電素子や磁歪素子の特性の変化や寸法公差
などによる燃料噴射特性のばらつきを抑制する。【解決手段】燃圧室３と差圧室８の差圧に応じて変位
する針弁２によって開閉される噴口１ａと、針弁２を閉
弁方向に付勢するリターンスプリング４と、ピエゾアク
チュエータの伸縮に応じて差圧室８の圧力を加減圧する
ピストン１１と、ピエゾアクチュエータ１０へエンジン
の運転状態に応じて開弁信号と閉弁信号を選択的に送出
するコントローラ５は、ピエゾアクチュエータ１０に加
わる荷重を検出する荷重センサ７と、この荷重の検出値
から求めた荷重変動量予め設定した荷重変動量設定値の
差を解消するように閉弁信号または開弁信号を学習補正
する学習補正部５３とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、圧電素子または
磁歪素子等のアクチュエータを介して針弁前後の燃料圧
力を変化させることにより針弁を駆動する燃料噴射弁の
駆動装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から自動車用エンジンに備えられる
燃料噴射弁には、印加電圧に応じて体積変化する圧電素
子や、磁界の変化に応じて体積変化する磁歪素子を備え
たアクチュエータによって針弁（弁体）を開弁作動させ
るものが知られており、針弁をこれらアクチュエータで
駆動することにより、燃料噴射弁の応答性を向上でき、
噴射可能範囲が拡大してエンジンの高出力化に対応でき
るとともに、少量の燃料を安定して噴射することが可能
となってエンジンの燃費低減を図ることができる。

【０００３】このような燃料噴射弁としては、例えば、
特開平７−２２９４５７号公報に開示されるものが知ら
れており、アクチュエータとして圧電素子からなるピエ
ゾアクチュエータを用いるとともに、針弁の開閉をその
前後差圧に基づいて行うようにしたものである。

【０００４】これについて説明すると、針弁の前後には
燃圧室と差圧室が画成されており、燃圧室には所定の圧
力で燃料が導入され、差圧室は燃圧室とオリフィスによ
り連通されている。針弁背後側の差圧室にはピエゾアク
チュエータが設けられており、このピエゾアクチュエー
タの伸縮により針弁の開閉作動が制御される。すなわ
ち、ピエゾアクチュエータに予め設定した電圧を印加し
て、伸長させた状態で針弁前後の燃圧室と差圧室の圧力
はオリフィスを介して均等化されている。

【０００５】このとき針弁はリターンスプリングの付勢
力により閉弁保持している。この状態からピエゾアクチ
ュエータの両極端子を短絡させて電圧を０、ないし低下
させてピエゾアクチュエータを瞬時に収縮させると、針
弁背後の差圧室の容積が拡大する。

【０００６】同時に、差圧室は針弁前方の燃圧室に対し
てオリフィスを介して連通しているので、一時的に差圧
室の内圧が低下して針弁の前後に開弁方向の圧力差が発
生する。これにより針弁はリターンスプリングに抗して
開弁し、噴口が開いて燃料が噴射されることになる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、圧電素
子や磁歪素子は、温度変化や経時変化によって体積変化
量などの特性も変化するが、上記のような従来の燃料噴
射弁の駆動装置では、ピエゾアクチュエータの駆動を、
予め設定した所定の電圧を印加することにより行ってい
たため、上記特性変化によってアクチュエータの変位量
や駆動力が変動すると、差圧室に加わる圧力が変動する
ため針弁の変位量や速度が、所定の設計値からずれて所
望の燃料噴射量が得られない場合があり、また、リター
ンスプリングの付勢力や各構成部品には寸法公差による
ばらつきがあるため、燃料噴射弁の製造時には、このば
らつきに応じてピエゾアクチュエータの駆動位置を調整
する必要があり、この調整工程に多大な労力を要するた
め、製造コストが上昇するという問題があった。

【０００８】そこで、本発明は上記の問題点に鑑みてな
されたものであり、圧電素子や磁歪素子の特性の変化
や、寸法公差などによる燃料噴射特性のばらつきを抑制
するとともに、調整工程を省略して製造コストを低減す
ることを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】第１の発明は、加圧燃料
が導かれる燃圧室と、燃圧室と差圧室の差圧に応じて変
位する針弁と、針弁によって開閉されて燃圧室の燃料を
噴射する噴口と、針弁を閉弁方向に付勢する弾性部材
と、圧電素子または磁歪素子から構成されたアクチュエ
ータと、アクチュエータの伸縮に応じて差圧室の圧力を
加減圧するピストンと、エンジンの運転状態に応じて前
記アクチュエータへ開弁信号と閉弁信号を選択的に送出
する制御手段とを備えた燃料噴射弁の駆動装置におい
て、前記制御手段は、前記アクチュエータに加わる荷重
を検出する荷重センサと、この荷重の検出値から求めた
荷重変動量と、予め設定した荷重変動量設定値の差を解
消するように前記閉弁信号または開弁信号を学習補正す
る学習補正手段とを備える。

【００１０】また、第２の発明は、前記第１の発明にお
いて、前記学習補正手段は、検出した荷重変動量と荷重
変動量設定値の差から前記閉弁信号または開弁信号の補
正値を演算するマップまたは関数を予め設定する。

【００１１】また、第３の発明は、前記第２の発明にお
いて、前記学習補正手段は、前回の燃料噴射時の閉弁信
号または開弁信号に前記補正値を加算する。

【００１２】また、第４の発明は、前記第２の発明にお
いて、前記学習補正手段は、前回の運転終了時の閉弁信
号及び開弁信号を次回の運転開始時の初期値として用い
る。

【００１３】また、第５の発明は、前記第１の発明にお
いて、前記荷重センサが圧電素子で構成され、前記学習
補正手段は検出した電圧に基づいて荷重変動量を演算す
る。

【００１４】また、第６の発明は、前記第１の発明にお
いて、前記荷重センサは、前記ピストンとアクチュエー
タの間に介装される。

【００１５】また、第７の発明は、前記第１の発明にお
いて、前記学習補正手段は、補正後の閉弁信号または開
弁信号と予め設定した信号の最大値とを比較する信号比
較手段と、前記閉弁信号または開弁信号が前記最大値
を超えたときに警告を発する警告手段とを備える。

【００１６】

【発明の効果】第１の発明は、制御手段からの開弁信
号、閉弁信号によってアクチュエータを伸縮させると、
ピストンは差圧室の圧力を増減し、針弁はこの差圧室と
燃圧室の圧力差及び弾性部材の付勢力に応じて開閉して
燃料噴射を行い、この針弁の開閉動作時にはアクチュエ
ータに圧力差に応じた荷重が発生し、例えば、閉弁時の
荷重と開弁時の荷重の差を荷重変動量として求めて、こ
の荷重変動量と、予め設定した荷重変動量設定値の差が
解消するように閉弁信号または開弁信号を学習補正する
ことにより、圧電素子や磁歪素子で構成されたアクチュ
エータや燃料噴射弁の各部品の温度変化や経時変化に起
因する荷重変動量の変動を確実に抑制することが可能と
なって、常時所定の荷重範囲で針弁の開閉を行うこと
で、燃料噴射弁の噴射特性のばらつきを確実に防いで正
確な燃料噴射を実現でき、燃料噴射弁の製造時には、荷
重変動量設定値と閉弁信号、開弁信号を設定するだけで
よく、前記従来例のように、各構成部品の寸法公差によ
るばらつきを修正する調整工程が不要となって、製造コ
ストの低減が可能となる。

【００１７】また、第２の発明は、予め設定したマップ
または関数より荷重変動量の検出値と荷重変動量設定値
の差に応じて閉弁信号または開弁信号の補正値を演算す
るため、演算を高速に行うことが可能となる。

【００１８】また、第３の発明は、燃料噴射の度に前回
の閉弁信号または開弁信号に、前回の荷重変動量の検出
値と荷重変動量設定値の差に応じた補正値を加算するた
め、エンジン運転中の燃料噴射弁の特性変化を補償する
ことができ、例えば、アクチュエータの温度特性を補償
して常時正確な燃料噴射を行うことができる。

【００１９】また、第４の発明は、前回の運転終了時の
閉弁信号及び開弁信号を次回の運転開始時の初期値とし
て用いることによって、燃料噴射弁や燃料供給手段等の
経時変化による燃料噴射特性の変動を抑制することが可
能となって、燃料噴射の信頼性を向上させることができ
る。

【００２０】また、第５の発明は、荷重センサを圧電素
子で構成することで、その電圧変化に応じて荷重変動量
を容易に演算することができ、簡易な構成で正確な制御
を行うことができる。

【００２１】また、第６の発明は、荷重センサをピスト
ンとアクチュエータの間に介装することによって、荷重
センサの検出値にはピストンの慣性が加わるだけで、ア
クチュエータの慣性が加わらない。したがって、荷重セ
ンサをアクチュエータの基端側に配設した場合に比し
て、荷重の検出精度を向上させて制御精度を向上させる
ことができる。

【００２２】また、第７の発明は、閉弁信号または開弁
信号が所定の最大値を超えたときには警告を発するた
め、閉弁信号または開弁信号が最大値を超えるような場
合では、針弁が固着して変位できない場合や、アクチュ
エータが断線して伸縮不能となった場合等が考えられ、
このような不具合を確実に検知して、運転者へ知らせる
ことが可能となる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明を筒内噴射式火花点
火エンジンに配設される燃料噴射弁の駆動装置に適用し
た一実施形態を添付図面に基づいて説明する。

【００２４】図１において、燃料噴射弁３０のケーシン
グ９の先端部には、図示しないエンジンの燃焼室に臨ま
せるノズルボディ１が設けられ、このノズルボディ１は
先端に開口した噴口１ａから、燃料噴霧を燃焼室内へ向
けて噴射するように構成される。

【００２５】ノズルボディ１の内部には、噴口１ａ側に
弁体２ａを形成する一方、他端にピストン部２ｃを形成
した針弁２が摺動可能に収装され、ノズルボディ１の内
部には針弁２のを取り囲むように燃圧室３が画成され
て、噴口１ａは針弁２によって開閉される。

【００２６】燃圧室３への加圧燃料の供給は、ケーシン
グ９の側面に開口した燃料入口６から行われ、この燃料
入口６は図示しない燃料供給手段と連通する。

【００２７】針弁２は、噴口１ａ側のノズルボディ１の
シート部と接離する弁体２ａを形成する一方、ケーシン
グ９の隔壁９a側の基端（図中右側）にはノズルボディ
１の内周を摺動するピストン部２ｃが形成され、弁体２
ａとピストン部２ｃの間には棒状のロッド部２ｂが形成
される。

【００２８】針弁２のピストン部２ｃの背面、すなわ
ち、ケーシング９の隔壁９ａと対向する側には、ピスト
ン部２ｃと隔壁９ａとの間に差圧室８が画成され、この
差圧室８にはピストン部２ｃを介して針弁２を閉弁方向
へ付勢する弾性部材としてのリターンスプリング４が介
装される。そして、ピストン部２ｃの端面と隔壁９ａと
の間には所定の間隙等からなる絞り通路２０が形成さ
れ、この絞り通路２０を介して燃圧室３と差圧室８の間
で燃料の移動を徐々に行うことができる。

【００２９】一方、ケーシング９の隔壁９ａよりも基端
側（図中右側）は筒状に形成されており、内周には圧電
素子からなるピエゾアクチュエータ１０が軸方向（図中
左右方向）へ伸縮自在に配設され、ケーシング９の開口
端（基端）には封止部材１６が配設される。

【００３０】なお、ピエゾアクチュエータ１０は、ＰＺ
Ｔ（チタン酸ジルコン酸鉛）系セラミック、ＰＭＮ（ニ
オブ酸マグネシウム酸鉛）系セラミックなどからなる圧
電素子を円盤状に形成した部材を多数積層し、これら、
各圧電素子間及び両端には図示しない電極が介装され
て、図示しないコントローラからの印加電圧に応じてピ
エゾアクチュエータ１０は、軸方向へ伸縮する。

【００３１】隔壁９ａと対向したピエゾアクチュエータ
１０の先端には、非導電性部材からなるスペーサ１７及
び荷重センサ７を介してピストン１１が固設される。

【００３２】このピストン１１と隔壁９ａの間には圧力
室１３が画成され、この圧力室１３は隔壁９ａに設けた
貫通孔９ｂを介して差圧室８と連通する。なお、ピスト
ン１１の外周とケーシング９の内周との間には、圧力室
１３からの燃料漏れを防ぐＯリング１２が設けられる。

【００３３】ピエゾアクチュエータ１０は、コントロー
ラ５の駆動部５２から印加される電圧Ｖに応じて軸方向
へ伸長または収縮する。

【００３４】一方、スペーサ１７を介してピストン１１
との間に配設された荷重センサ７は、例えば、圧電素子
で構成されてピエゾアクチュエータ１０に加わる荷重、
すなわち、ピストン１１に加わる荷重を電圧に変換し、
コントローラ５の荷重測定部５１はこの電圧に基づいて
算出した荷重Ｆｖから、ピエゾアクチュエータ１０を駆
動する電圧Ｖの補正値を出力する。

【００３５】なお、ピストン１１と隔壁９ａとの間に
は、ピエゾアクチュエータ１０を収縮方向へ付勢する付
勢手段として、皿バネ状のリターンスプリング２２が介
装される。

【００３６】一方、封止部材１６と対向したピエゾアク
チュエータ１０の基端側には板状のスペーサ１４が固設
され、このスペーサ１４と封止部材１６との間にはボー
ル１５が介装される。このボール１５は、ピエゾアクチ
ュエータ１０の軸線上に設けられて、封止部材１６に対
するピエゾアクチュエータ１０の相対的な回動を許容
し、ピエゾアクチュエータ１０に軸まわりのねじれが発
生するのを防止する。

【００３７】次に、燃料噴射弁３０の動作について説明
する。

【００３８】図１は、エンジン停止時における燃料噴射
弁３０の閉弁状態を示しており、コントローラ５は所定
の閉弁電圧Ｖｓを印加してピエゾアクチュエータ１０を
伸長駆動する一方、図示しない燃圧供給回路より所定の
圧力Ｐｆの加圧燃料が燃料入口６を介して燃圧室３へ供
給される。

【００３９】ピエゾアクチュエータ１０は印加された閉
弁電圧Ｖｓに応じて針弁２側へ伸長し、リターンスプリ
ング２２の付勢力に抗して最伸長位置まで駆動され、ピ
エゾアクチュエータ１０の伸長に伴って、ピストン１１
は圧力室１３の容積を縮小する方向（隔壁９ａ側）へ移
動し、圧力室１３の圧力は上昇し、同時に、圧力室１３
と連通する差圧室８の圧力も上昇するため、差圧室８の
圧力上昇とリターンスプリング４の付勢力によって、ピ
ストン部２ｃは燃圧室３の圧力に抗して噴口１ａ側に押
圧されて閉弁することができる。

【００４０】このとき、ピストン１１とアクチュエータ
１０の間に介装された、荷重センサ７にはピエゾアクチ
ュエータ１０が発生する推力に応じた荷重Ｆｖｓ、すな
わち、ピストン１１の受圧面積と圧力室１３の内圧の積
が加わり、コントローラ５の荷重測定部５１には閉弁時
の荷重Ｆｖｓに応じた検出電圧Ｖ２ｓが送出される。

【００４１】一方、燃料噴射弁３０の開弁駆動は、コン
トローラ５がピエゾアクチュエータ１０への印加電圧を
低減ないし短絡することにより行われ、この電圧は予め
設定された開弁電圧Ｖｉとなって、アクチュエータ１０
は上記伸長状態から収縮する。

【００４２】ピエゾアクチュエータ１０は、コントロー
ラ５からの印加電圧に伴って収縮するとともに、リター
ンスプリング２２によって最収縮位置へ向けて付勢され
る。

【００４３】この開弁状態では、ピエゾアクチュエータ
１０が収縮状態にあるため、ピストン１１は封止部材１
６側へ変位して圧力室１３の容積は急増する。

【００４４】圧力室１３の内圧は容積の急増に伴って急
減圧し、この急減圧に伴って差圧室８の圧力も急減す
る。

【００４５】差圧室８は急減圧する一方、燃圧室３には
常時所定の燃圧Ｐｆが加わっているため、針弁２のピス
トン部２ｃに加わる前後差圧は増大して、針弁２はリタ
ーンスプリング４の付勢力に抗して開弁方向（隔壁９ａ
側）へ変位する。

【００４６】針弁２の変位に伴って弁体２ａは開弁して
噴口１ａが開き、燃料入口６から供給された燃圧室３内
の加圧燃料は、図示しない燃焼室内に噴射される。

【００４７】この開弁時では、ピストン１１とアクチュ
エータ１０の間に介装された、荷重センサ７には収縮し
たピエゾアクチュエータ１０に加わる荷重Ｆｖｏ、すな
わち、ピストン１１の受圧面積と圧力室１３の内圧の積
が加わり、コントローラ５の荷重測定部５１には開弁時
の荷重Ｆｖｏに応じた検出電圧Ｖ２ｉが送出される。

【００４８】ここで、コントローラ５は、燃料噴射弁３
０の荷重センサ７が検出した閉弁時の荷重Ｆｖｓに応じ
た検出電圧Ｖ２ｓと、開弁時の荷重Ｆｖｏに応じた検出
電圧Ｖ２ｉに基づいて、荷重測定部５１は駆動電圧Ｖの
学習値補正値ΔＶold及び補正値Ｖａを演算し、駆動部
５２はこれら学習補正値に基づく駆動電圧差ΔＶでピエ
ゾアクチュエータ１０の開閉駆動を行う。

【００４９】駆動部５２がピエゾアクチュエータ１０へ
印加する駆動電圧Ｖは、図３に示すように、工場出荷時
などに予め設定された閉弁電圧Ｖｓと開弁電圧Ｖｉであ
り、閉弁電圧Ｖｓは図中閉弁荷重Ｆｖｓに対応した電圧
で、同じく開弁電圧Ｖｉは図中開弁荷重Ｆｖｏに対応し
た電圧として設定されており、Ｆｖｓ＞Ｆｖｏの関係よ
り駆動電圧はＶｓ＞Ｖｉの関係に設定されて、駆動電圧
差ΔＶ＝Ｖｓ−Ｖｉである。

【００５０】次に、コントローラ５で行われる燃料噴射
弁３の学習補正制御の一例を、図２のフローチャートを
参照しながら以下に詳述する。

【００５１】まず、ステップＳ１ではエンジンが始動し
たか否かを判定し、始動していればステップＳ２以降の
処理へ進む一方、エンジンが始動していなければ、その
まま処理を終了する。

【００５２】ステップＳ２では、前回運転終了時の駆動
電圧差ΔＶの学習値ΔＶoldを読み込むとともに、ステ
ップＳ３においてこの学習値ΔＶoldを、燃料噴射弁３
の駆動を行う駆動電圧差ΔＶとして設定する。

【００５３】そして、ステップＳ４では、図示しない燃
料噴射制御部で燃料噴射が指令されたか否かを判定し、
燃料噴射が指令された場合には、ステップＳ５へ進む一
方、そうでない場合にはステップＳ１０へ進む。なお、
燃料噴射制御部について詳述はしないが、エンジンの運
転状態に応じた燃料噴射量を演算するととも、エンジン
の回転に同期した所定のタイミングで上記燃料噴射指令
を送出するものである。

【００５４】ステップＳ５では、ステップＳ３で設定し
た駆動電圧差ΔＶによって燃料噴射弁３を開閉駆動して
燃料噴射を行うとともに、ピエゾアクチュエータ１０と
ピストン１との間に介装された荷重センサ７の出力電圧
Ｖ２のうち最大値を閉弁荷重Ｆｖｓに対応する閉弁電圧
Ｖ２ｓとし、また最小値を開弁荷重ＦＶｏに対応した開
弁電圧Ｖ２ｉとして検出し、図３の検出電圧Ｖ２と荷重
Ｆのマップより、実際の閉弁荷重Ｆｖｓと開弁荷重Ｆｖ
ｏを求め、さらにこれらの差である荷重変動量ΔＦを求
める。なお、荷重変動量ΔＦの演算をマップにより行っ
たが、関数などで行うことができる。

【００５５】そして、ステップＳ６では、上記ステップ
Ｓ５で検出した荷重変動量ΔＦと、予め設定した荷重変
動量設定値ΔＦ０の差から、次回の駆動時に荷重変動量
ΔＦが設定値ΔＦ０となるような駆動電圧Ｖの補正値ｖ
ａを演算する。ただし、荷重変動量設定値ΔＦ０は、例
えば、工場出荷時の閉弁電圧Ｖｓと開弁電圧Ｖｉに応じ
て駆動されたピエゾアクチュエータ１０に加わる荷重の
変化量である。

【００５６】ここで、補正値ｖａは閉弁電圧Ｖｓを補正
する変数で、ｖａ＝ｆ（ΔＦ０−ΔＦ） ………（１）として図３の荷重Ｆと駆動電圧Ｖのマップから演算され
る。なお、補正値ｖａの演算をマップにより行ったが、
上記と同様に関数などで行うことができる。

【００５７】ステップＳ７では、前回の処理で演算した
駆動電圧差ΔＶ_-1を読み出すとともに、ステップＳ８
で、上記ステップＳ６で求めた電圧補正値ｖａから次式
により、次回の駆動電圧差ΔＶを演算する。

【００５８】ΔＶ＝ΔＶ_-1＋ｖａ ………（２）そして、ステップＳ９では、次回の処理に備えて現在の
駆動電圧差ΔＶを前回値ΔＶ_-1として学習記憶する。

【００５９】次に、ステップＳ１０でエンジンが停止し
たか否かを判定して、停止していなければ上記ステップ
Ｓ４の処理へ戻る一方、エンジンが停止した場合には、
ステップＳ１１へ進んで現在の駆動電圧差ΔＶを学習補
正値ΔＶoldとして記憶した後に処理を終了する。

【００６０】上記ステップＳ１からステップＳ１１の処
理を実行することにより、エンジン始動後の第１回目の
燃料噴射時には、前回運転時の学習補正値ΔＶoldを駆
動電圧差ΔＶとして燃料噴射弁３０を駆動し、その後、
燃料噴射の度に荷重変動量ΔＦを検出して、この検出値
ΔＦを予め設定した荷重変動量設定値ΔＦ０と比較し
て、検出値ΔＦが常時設定値ΔＦ０に一致するように駆
動電圧の補正値ｖａを求めて駆動電圧差ΔＶを補正し、
さらに、エンジンの運転中には常時前回の燃料噴射時の
駆動電圧差ΔＶに基づいて補正が行われるため、温度変
化や経時変化によるピエゾアクチュエータ１０の駆動特
性の変動や、寸法公差による個体差等を吸収して、常に
所定の荷重変動量ΔＦ０で針弁２の駆動を行うことが可
能となって、燃料噴射量のばらつきを抑制して燃料噴射
の精度を向上させることができるのである。

【００６１】いま、図４に示すように、第１回目の燃料
噴射を所定の閉弁電圧Ｖｓから開弁電圧Ｖｉへ低減し
て、針弁２を開弁させて燃料を噴射した後、再び図中波
線のように閉弁電圧Ｖｓを印加したとき、荷重センサ７
の出力が所定の閉弁荷重Ｆｖｓに応じた閉弁電圧Ｖ２ｓ
から、同じく開弁荷重Ｆｖｏに応じた開弁電圧Ｖ２ｉへ
減少した後、図中波線で示すように、ピエゾアクチュエ
ータ１０の特性変化等によって所定の閉弁電圧Ｖ２ｓよ
りも＋ａ[V]だけ大きい電圧Ｖ２ｓ’へ変動した場合に
ついて考える。

【００６２】この場合、燃料噴射終了後の閉弁荷重は、
荷重センサ７の検出電圧Ｖ２ｓ’の増分値＋ａより、図
３のマップから荷重変動量ΔＦは、検出電圧の＋ａに対
応してΔＦ１だけ増大したことがわかる。

【００６３】したがって、次回の荷重変動量ΔＦを所定
値ΔＦ０に等しくするためには、閉弁電圧ＶｓをΔＦ１
に応じた値だけ減少させればよいことになる。この値
は、上記（１）式及び図３のマップより、ｖａ＝ｆ（ΔＦ０−ΔＦ）＝ｆ（−ΔＦ１）＝−ａ’ として求められる。

【００６４】すなわち、前回値ΔＶ_-1＝ΔＶと仮定する
と、上記（２）式より、 ΔＶ＝ΔＶ＋（−ａ’）となって、次回の駆動電圧差は減少して、図４の実線に
示すΔＶ’となって前回の駆動電圧差ΔＶより減少する
が、荷重変動量ΔＦは図中実線のように、所定の設定値
ΔＦ０に等しくなって、所定の荷重範囲で針弁２の駆動
を行うことが可能となる。

【００６５】こうして、上記学習補正はステップＳ４〜
ステップＳ９の間で、エンジンの運転中には燃料噴射の
度に行われるため、ピエゾアクチュエータ１０の温度変
化や各部品の寸法公差または経時変化に起因する荷重変
動量ΔＦの変動を確実に抑制することが可能となって、
常時所定の荷重範囲で針弁２の開閉を行うことで、燃料
噴射弁３０の噴射特性のばらつきを確実に防いで正確な
燃料噴射を実現でき、さらに、ステップＳ１０では前回
運転時の駆動電圧差ΔＶの最終値を学習補正値ΔＶold
として記憶しておき、次回運転時の駆動電圧差ΔＶとし
て用いることにより、燃料噴射弁３０や燃料供給手段等
の経時変化による燃料噴射特性の変動を抑制することが
可能となって、ピエゾアクチュエータ１０の特性変化に
加えて、燃料噴射弁３０や図示しない燃料供給手段など
の寸法公差や機構的な経時変化も吸収することができ、
燃料噴射弁の信頼性を向上させることができるのであ
る。

【００６６】また、燃料噴射弁３０の製造時には、荷重
変動量設定値ΔＦ０と閉弁電圧Ｖｓ、開弁電圧Ｖｉを設
定するだけでよく、前記従来例のように、各構成部品の
寸法公差によるばらつきを修正する調整工程が不要とな
って、製造コストの低減が可能となるのである。

【００６７】さらに、荷重センサ７をピエゾアクチュエ
ータ１０の先端とピストン１１との間に設けたため、荷
重センサ７の検出値にはピストン１１の慣性が加わるだ
けで、アクチュエータ１０の慣性力が加わらない、した
がって、荷重センサ７をピエゾアクチュエータ１０の基
端側、すなわち、スペーサ１４との間に配設した場合に
比して、荷重の検出精度を向上させて制御精度を向上さ
せることができるのである。

【００６８】なお、上記実施形態において、駆動電圧差
ΔＶの補正を閉弁電圧Ｖｓ側で行ったが、図５に示すよ
うに、開弁電圧Ｖｉ側で行っても荷重変動量ΔＦを設置
値ΔＦ０に等しくすることができ、この場合、ｖａ＝ｖａ＝ｆ（ΔＦ−ΔＦ０）＝ｆ（ΔＦ１）＝ａ’ ΔＶ＝ΔＶ＋ａ’ となる。

【００６９】図６は第２の実施形態を示し、前記第１実
施形態の図２のフローチャートに、ステップＳ２０、Ｓ
２１を追加したもので、その他は前記と同様である。

【００７０】ステップＳ８とＳ９の間には、ステップＳ
２０、Ｓ２１が挿入されて、ステップＳ２０では、ステ
ップＳ８で演算された補正後の駆動電圧差ΔＶのうち、
高い方、すなわち、閉弁電圧Ｖｓが予め設定した最大駆
動電圧Ｖmaxを超えていないかを判定し、最大駆動電圧
Ｖmaxを超えた場合には、ピエゾアクチュエータ１０等
に異常が発生したと判定して、ステップＳ２１へ進んで
燃料系統に異常があることを図示しない警告灯などに表
示して運転者へ知らせる。

【００７１】閉弁電圧Ｖｓが最大駆動電圧Ｖmaxを超え
るような場合では、針弁２が固着して変位できない場合
や、ピエゾアクチュエータ１０が断線して伸長不能とな
った場合等が考えられ、このような不具合を確実に検知
して、運転者へ知らせることが可能となるのである。

【００７２】なお、上記実施形態において、ピストン１
１を駆動するアクチュエータとして圧電素子からなるピ
エゾアクチュエータ１０を採用した場合を示したが、図
示はしないが、磁界の強さに応じて伸縮する磁歪素子を
用いた磁歪アクチュエータまたは超磁歪アクチュエータ
を採用しても同様である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示す燃料噴射弁の断面
図。

【図２】コントローラで行われる駆動電圧補正処理の一
例を示すフローチャートである。

【図３】駆動電圧Ｖまたは検出電圧Ｖ２と荷重Ｆの関係
を示すマップである。

【図４】駆動電圧Ｖ及び検出電圧Ｖ２、荷重Ｆ、針弁変
位量と時間の関係を示すグラフである。

【図５】駆動電圧Ｖまたは検出電圧Ｖ２と荷重Ｆの関係
を示すマップである。

【図６】第２の実施形態を示し、コントローラで行われ
る駆動電圧補正処理の一例を示すフローチャートであ
る。

【符号の説明】

１ノズルボディ１ａ噴口２針弁２ａ弁体２ｃピストン部３燃圧室４リターンスプリング５コントローラ６燃料入口７荷重センサ８差圧室１０ピエゾアクチュエータ１１ピストン１３圧力室１４、１７スペーサ２２リターンスプリング３０燃料噴射弁５１荷重測定部５２駆動部５３学習補正部

フロントページの続き (72)発明者福田隆神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地日産自動車株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】加圧燃料が導かれる燃圧室と、燃圧室と差圧室の差圧に応じて変位する針弁と、針弁によって開閉されて燃圧室の燃料を噴射する噴口
と、針弁を閉弁方向に付勢する弾性部材と、圧電素子または磁歪素子から構成されたアクチュエータ
と、アクチュエータの伸縮に応じて差圧室の圧力を加減圧す
るピストンと、エンジンの運転状態に応じて前記アクチュエータへ開弁
信号と閉弁信号を選択的に送出する制御手段とを備えた
燃料噴射弁の駆動装置において、前記制御手段は、前記アクチュエータに加わる荷重を検出する荷重センサ
と、この荷重の検出値から求めた荷重変動量と、予め設定し
た荷重変動量設定値の差を解消するように前記閉弁信号
または開弁信号を学習補正する学習補正手段とを備えた
ことを特徴とする燃料噴射弁の駆動装置。
【請求項２】前記学習補正手段は、検出した荷重変動量
と荷重変動量設定値の差から前記閉弁信号または開弁信
号の補正値を演算するマップまたは関数を予め設定した
ことを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射弁の駆動装
置。
【請求項３】前記学習補正手段は、前回の燃料噴射時の
閉弁信号または開弁信号に前記補正値を加算することを
特徴とする請求項２に記載の燃料噴射弁の駆動装置。
【請求項４】前記学習補正手段は、前回の運転終了時の
閉弁信号及び開弁信号を次回の運転開始時の初期値とし
て用いることを特徴とする請求項２に記載の燃料噴射弁
の駆動装置。
【請求項５】前記荷重センサが圧電素子で構成され、前
記学習補正手段は検出した電圧に基づいて荷重変動量を
演算することを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射弁
の駆動装置。
【請求項６】前記荷重センサは、前記ピストンとアクチ
ュエータの間に介装されたことを特徴とする請求項１に
記載の燃料噴射弁の駆動装置。
【請求項７】前記学習補正手段は、補正後の閉弁信号ま
たは開弁信号と予め設定した信号の最大値とを比較する
信号比較手段と、前記閉弁信号または開弁信号が前記最大値を超えたとき
に警告を発する警告手段とを備えたことを特徴とする請
求項１に記載の燃料噴射弁の駆動装置。