(57)【要約】【課題】ピエゾスタックの特性の個体間ばらつきや経時劣化に拘わらず、噴射開始時期や噴射量を精度よく制御可能にする。【解決手段】ピエゾスタック４１に充電することにより制御弁３がバルブ室１４と高圧燃料通路１３との間を閉じてノズル２を開弁させるように構成された燃料噴射弁１を有する燃料噴射装置において、ピエゾスタック４１が発生する荷重を荷重センサ７で検出し、ピエゾスタック４１の荷重が閾値に達したときに制御弁３がバルブ室１４と高圧燃料通路１３との間を閉じたと判断して制御弁３の応答時間を算出し、ピエゾスタック４１に対する充電速度を補正して制御弁３の応答時間を目標制御弁応答時間に一致させる。【選択図】図１
2008215186.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バルブ室（１４）内に配置され、低圧側シート面（３３）に接離して前記バルブ室（１４）と低圧燃料通路（１６）との間を開閉するとともに、高圧側シート面（３４）に接離して前記バルブ室（１４）と高圧燃料通路（１３）との間を開閉する制御弁（３）と、
電荷の充放電により伸縮して前記制御弁（３）を駆動するピエゾスタック（４１）と、
連絡通路（１５）を介して前記バルブ室（１４）と常時連通される制御室（２６）と、
前記制御室（２６）の燃料圧力によりニードル（２１）が噴孔（２４）を閉弁する向きに付勢されるノズル（２）とを備え、
前記ピエゾスタック（４１）に充電することにより前記制御弁（３）が前記バルブ室（１４）と高圧燃料通路（１３）との間を閉じて前記ノズル（２）を開弁させるように構成された燃料噴射弁（１）を有する燃料噴射装置であって、
前記ピエゾスタック（４１）が発生する荷重を検出する荷重センサ（７）と、
前記ピエゾスタック（４１）に充電電流を供給する駆動回路（１３０）と、
この駆動回路（１３０）に駆動信号を出力して前記駆動回路（１３０）の作動を制御する制御装置（１４０）と、
前記駆動回路（１３０）から前記ピエゾスタック（４１）へ充電電流の供給を開始したときを充電開始時刻としたとき、この充電開始時刻から前記荷重センサ（７）で検出した前記ピエゾスタック（４１）の荷重が閾値に達するまでの制御弁応答時間を算出する応答時間算出手段（Ｓ１０４）と、
前記応答時間算出手段（Ｓ１０４）にて算出した制御弁応答時間と目標制御弁応答時間とを比較し、前記制御弁応答時間が前記目標制御弁応答時間に一致するように前記駆動信号を補正する応答時間補正手段（Ｓ１０６）を備えることを特徴とする燃料噴射装置。
【請求項２】
前記駆動信号の補正により、前記ピエゾスタック（４１）に対する充電速度が変更されることを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射装置。
【請求項３】
前記応答時間算出手段（Ｓ１０４）は、前記高圧燃料通路（１３）の燃料圧力が高くなるほど前記閾値の値を大きくすることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料噴射装置。
【請求項４】
前記充電開始時刻から所定時間が経過したときに前記荷重センサ（７）で検出した前記ピエゾスタック（４１）の荷重を第１時刻荷重とし、前記所定時間が経過した後さらに所定時間が経過したときに前記荷重センサ（７）で検出した前記ピエゾスタック（４１）の荷重を第２時刻荷重としたとき、
前記第２時刻荷重が前記第１時刻荷重以上の場合に異常状態であると判定する第１異常判定手段（Ｓ１０２）を備え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装置。
【請求項５】
前記応答時間算出手段（Ｓ１０４）にて算出した制御弁応答時間が許容時間範囲を外れている場合に異常状態であると判定する第２異常判定手段（Ｓ１０５）を備えることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の燃料噴射装置。
【請求項６】
前記ピエゾスタック（４１）の充電が完了した後に前記荷重センサ（７）で検出した前記ピエゾスタック（４１）の荷重を充電後荷重としたとき、
この充電後荷重が許容荷重範囲に入るように前記駆動信号を補正する充電後荷重補正手段（Ｓ１１３）を備えることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の燃料噴射装置。
【請求項７】
前記駆動信号の補正により、前記ピエゾスタック（４１）に対する充電エネルギ量が変更されることを特徴とする請求項６に記載の燃料噴射装置。
【請求項８】
前記ピエゾスタック（４１）に対する充電エネルギ量の補正値が予め規定された許容範囲を外れる場合に異常状態であると判定する第３異常判定手段（Ｓ１１２）を備えることを特徴とする請求項７に記載の燃料噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料を内燃機関に噴射するための燃料噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の燃料噴射装置は、電荷の充放電により伸縮するピエゾスタックを用いてノズルの開閉弁作動を制御するようにしている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開昭５８−１５２１６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来の燃料噴射装置は、ピエゾスタックに印加される充電電圧（以下、ピエゾ電圧という）とピエゾスタックの伸縮量との関係が、個体間でばらつくとともに、経時劣化によっても変化してしまう。そのため、個体間ばらつきにより噴射開始時期が目標噴射開始時期からずれたり、或いは経時劣化により噴射開始時期が経時変化してしまい、噴射開始時期や噴射量を精度よく制御することができないという問題があった。
【０００４】
本発明は上記点に鑑みて、ピエゾスタックの特性の個体間ばらつきや経時劣化に拘わらず、噴射開始時期や噴射量を精度よく制御可能にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、ピエゾスタック（４１）に充電することにより制御弁（３）がバルブ室（１４）と高圧燃料通路（１３）との間を閉じてノズル（２）を開弁させるように構成された燃料噴射弁（１）を有する燃料噴射装置であって、ピエゾスタック（４１）が発生する荷重を検出する荷重センサ（７）と、ピエゾスタック（４１）に充電電流を供給する駆動回路（１３０）と、この駆動回路（１３０）に駆動信号を出力して駆動回路（１３０）の作動を制御する制御装置（１４０）と、ピエゾスタック（４１）への充電を開始してからピエゾスタック（４１）の荷重が閾値に達するまでの制御弁応答時間を算出する応答時間算出手段（Ｓ１０４）と、制御弁応答時間が目標制御弁応答時間に一致するように駆動信号を補正する応答時間補正手段（Ｓ１０６）を備えることを特徴とする。
【０００６】
ここで、ピエゾスタック（４１）への充電を開始してから噴射が開始されるまでの時間のうち、ピエゾスタック（４１）への充電を開始してから制御弁（３）がバルブ室（１４）と高圧燃料通路（１３）との間を閉じるまでの時間はピエゾスタック（４１）の特性の影響を受けるが、制御弁（３）がバルブ室（１４）と高圧燃料通路（１３）との間を閉じてから噴射が開始されるまでの時間はピエゾスタック（４１）の特性の影響を受けない。
【０００７】
そして、本発明では、ピエゾスタック（４１）の荷重が閾値に達したときに制御弁（３）がバルブ室（１４）と高圧燃料通路（１３）との間を閉じたと判断して制御弁応答時間を算出する。したがって、本発明によれば、ピエゾスタック（４１）の特性の個体間ばらつきや経時劣化に拘わらず、制御弁応答時間を目標制御弁応答時間に一致させることができるため、ピエゾスタック（４１）の特性の個体間ばらつきや経時劣化に拘わらず、噴射開始時期や噴射量を精度よく制御することができる。
【０００８】
この場合、駆動信号の補正によりピエゾスタック（４１）に対する充電速度が変更されるようにすれば、制御弁応答時間を容易に調節することができる。
【０００９】
ところで、制御弁（３）が高圧側シート面（３４）に当接した状態では、制御弁（３）は高圧燃料通路（１３）の燃料圧力によって高圧側シート面（３４）から離れる向きに付勢されるため、バルブ室（１４）と高圧燃料通路（１３）との間を確実に閉じた状態にするには、燃料圧力が高くなるほど制御弁（３）を高圧側シート面（３４）に大きな力で押し付ける必要がある。
【００１０】
そこで、高圧燃料通路（１３）の燃料圧力が高くなるほど閾値の値を大きくすることにより、制御弁（３）がバルブ室（１４）と高圧燃料通路（１３）との間を実質的に閉じたタイミングを正確に検出することができ、ひいては制御弁応答時間を正確に算出することができる。
【００１１】
また、充電開始時刻から所定時間が経過したときに荷重センサ（７）で検出したピエゾスタック（４１）の荷重を第１時刻荷重とし、所定時間が経過した後さらに所定時間が経過したときに荷重センサ（７）で検出したピエゾスタック（４１）の荷重を第２時刻荷重としたとき、第２時刻荷重が第１時刻荷重以上の場合に異常状態であると判定することができる。
【００１２】
ここで、第１時刻荷重は、制御弁（３）が低圧側シート面（３３）から離れるタイミング近傍でのピエゾスタック（４１）の荷重に相当し、第２時刻荷重は、制御弁（３）が高圧側シート面（３４）に当接する直前でのピエゾスタック（４１）の荷重に相当する。これによると、ピエゾスタック（４１）の異常等による制御弁（３）の作動不良を検出することができる。
【００１３】
また、制御弁応答時間が許容時間範囲を外れている場合に異常状態であると判定するようにすれば、ピエゾスタック（４１）の異常等による制御弁（３）の作動不良を検出することができる。
【００１４】
また、ピエゾスタック（４１）の充電が完了した後に荷重センサ（７）で検出したピエゾスタック（４１）の荷重を充電後荷重としたとき、この充電後荷重が許容荷重範囲に入るように駆動信号を補正することができる。
【００１５】
このようにすれば、高圧側シート面（３４）への制御弁押し付け荷重が不足することによるシール不良を防止できるとともに、過大な制御弁押し付け荷重による制御弁（３）や高圧側シート面（３４）の摩耗を防止ないしは抑制することができる。
【００１６】
また、駆動信号の補正によりピエゾスタック（４１）に対する充電エネルギ量が変更されるようにすれば、充電後荷重を容易に調節することができる。
【００１７】
また、ピエゾスタック（４１）に対する充電エネルギ量の補正値が予め規定された許容範囲を外れる場合に異常状態であると判定するようにすれば、ピエゾスタック（４１）の異常等を検出することができる。
【００１８】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の一実施形態について説明する。図１は本発明の一実施形態に係る燃料噴射装置の全体構成を示す断面図、図２は図１のＡ部の拡大断面図、図３は図１の荷重センサおよびピエゾスタックを示す斜視図である。
【００２０】
本実施形態の燃料噴射装置は、多気筒内燃機関（より詳細にはディーゼルエンジン、図示せず）のシリンダヘッドに燃料噴射弁１が装着され、蓄圧器（図示せず）内に蓄えられた高圧燃料を内燃機関の気筒内に噴射するものである。
【００２１】
図１〜図３に示すように、燃料噴射弁１のボデー１ａは、蓄圧器からの高圧燃料が導入される燃料入口部１１と、燃料噴射弁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。
【００２２】
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と、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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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弁３が収納されるバルブ室１４が形成されている。制御室２６は、連絡通路１５を介してこのバルブ室１４と常時連通されている。より詳細には、制御室２６は、バルブ室１４のみと連通している。この連絡通路１５には、コモンオリフィス５０が設けられている。
【００２６】
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。この低圧燃料通路１６には、アウトオリフィス６０が設けられている。
【００２７】
制御弁３は、低圧側シート面３３に接離してバルブ室１４と低圧燃料通路１６との間を開閉するとともに、高圧側シート面３４に接離してバルブ室１４と高圧連絡通路１３ａ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。
【００２８】
ボデー１ａの軸方向他端側には、制御弁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。
【００２９】
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の伸縮変位を制御弁３の弁体３１に伝達する伝達部とを備えている。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
第２ピストン４４は、第２スプリング４７により制御弁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に抗して制御弁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。
【００３３】
ピエゾスタック４１の反伝達部側には、ピエゾスタック４１が発生する荷重を検出する荷重センサ７がピエゾスタック４１に隣接して配置されている。この荷重センサ７は、ピエゾ素子を多数積層して構成されており、ピエゾ素子の圧電効果を利用して荷重を検出するものである。
【００３４】
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。因みに、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。
【００３５】
ピエゾスタック４１には、駆動回路１３０を介して充電電流が供給されるようになっている。この駆動回路１３０は、電子制御装置（以下、ＥＣＵという）１４０により制御される。
【００３６】
本実施形態では、ピエゾスタック４１をマルチスイッチング方式（以下、ＭＳ方式という）によって駆動する。
【００３７】
すなわち、駆動回路１３０は、直流電源（図示せず）からインダクタ（図示せず）を介してピエゾスタック４１に通電する経路中に、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（図示せず）を備えており、ＭＳ方式は、ＥＣＵ１４０からの充電制御信号に基づいて当該スイッチング素子を複数回オン／オフすることにより、ピエゾスタック４１を数回に分けて充電するものである。そして、スイッチング素子がオンしている間は、ピエゾスタック４１へ漸増する充電電流が流れる。スイッチング素子がオフされると、フライホイール作用でピエゾスタック４１へ漸減する充電電流が流れる。このようにピエゾスタック４１に充電電流が流れる間、ピエゾ電圧は増加し続ける。なお、ＭＳ方式の詳細な駆動方法や回路構成等は、例えば特開２００１−５３３４８号にて周知である。
【００３８】
荷重センサ７からの電荷と電圧信号は、駆動回路１３０を介してＥＣＵ１４０に入力される。ＥＣＵ１４０は、ＭＰＵ１４０１、ＡＤ変換部１４０２、ＤＳＰ１４０３等から成り、入力された電荷と電圧信号を高速Ａ／Ｄ処理することにより、ピエゾスタック４１が発生している荷重を算出する。
【００３９】
また、ＥＣＵ１４０は、図示しないＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＲＡＭ等を備え、ＭＰＵ１４０１は、ＲＯＭに記憶したプログラムに従って演算処理を行う。なお、ＥＣＵ１４０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。
【００４０】
次に、上記燃料噴射装置の作動を説明する。ピエゾスタック４１に駆動回路１３０を介して充電電流が供給されてピエゾ電圧が上昇すると、ピエゾスタック４１が伸長して第１ピストン４３が駆動され、第１ピストン４３により液室４５の圧力が高められる。高圧化された液室４５の圧力により第２ピストン４４が制御弁３の弁体３１側に向かって駆動される。
【００４１】
そして、第２ピストン４４にて弁体３１が駆動されることにより、弁体３１が高圧側シート面３４に当接してバルブ室１４と高圧連絡通路１３ａとの間が閉じられるとともに、弁体３１が低圧側シート面３３から離れてバルブ室１４と低圧燃料通路１６との間が開かれる。したがって、制御室２６の燃料は、コモンオリフィス５０、連絡通路１５、バルブ室１４、アウトオリフィス６０、および低圧燃料通路１６を介して燃料タンク１００へ戻される。
【００４２】
これにより、制御室２６の圧力が低下してニードル２１を閉弁向きに付勢する力が小さくなるため、ニードル２１が開弁向きに移動し、シート部２１ｂが弁座２５から離れて噴孔２４が開かれ、噴孔２４から内燃機関の気筒内に燃料が噴射される。
【００４３】
その後、ピエゾスタック４１から電荷が放電されてピエゾ電圧が低下すると、ピエゾスタック４１が縮むため第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側に戻される。また、バルブスプリング３２により、弁体３１および第２ピストン４４が第１ピストン４３側に戻される。
【００４４】
これにより、弁体３１が高圧側シート面３４から離れてバルブ室１４と高圧連絡通路１３ａとの間が開かれるとともに、弁体３１が低圧側シート面３３に当接してバルブ室１４と低圧燃料通路１６との間が閉じられる。したがって、蓄圧器からの高圧燃料が、高圧燃料通路１３、高圧連絡通路１３ａ、バルブ室１４、連絡通路１５、およびコモンオリフィス５０を介して制御室２６に導入される。
【００４５】
これにより、制御室２６の圧力が上昇してニードル２１を閉弁向きに付勢する力が大きくなるため、ニードル２１が閉弁向きに移動し、シート部２１ｂが弁座２５に着座して噴孔２４が閉じられ、燃料噴射が終了する。
【００４６】
次に、上記燃料噴射装置のピエゾスタック４１を駆動する際の制御について、図４および図５に基づいて詳細に説明する。図４はＥＣＵ１４０にて実行される制御処理を示すフローチャート、図５はその制御処理を行ったときの作動例を示すタイムチャートである。
【００４７】
図４に示す処理は、燃料噴射弁１から燃料を噴射させることを許可する噴射許可信号がオンになると開始される。
【００４８】
図４に示すように、噴射許可信号がオンすると、ステップＳ１００では、駆動回路１３０の作動を制御するための充電制御信号を駆動回路１３０に出力する。充電制御信号がオンしている間は、前述したスイッチング素子がオンされてピエゾスタック４１へ漸増する充電電流が流れ、また充電制御信号がオフになるとスイッチング素子がオフされてフライホイール作用でピエゾスタック４１へ漸減する充電電流が流れ、これによりピエゾ電圧は増加し続ける。なお、充電制御信号は、本発明の駆動信号に相当する。
【００４９】
次のステップＳ１０１では、第１時刻Ｔａと、第２時刻Ｔｂにおいて、ピエゾスタック４１が発生している荷重（以下、ピエゾ荷重という）を荷重センサ７で検出する。
【００５０】
ここで、図５の時刻Ｔ０は、駆動回路１３０からピエゾスタック４１へ充電電流の供給が開始された時刻であり、以下、充電開始時刻という。第１時刻Ｔａは、充電開始時刻Ｔ０から所定時間が経過したときであり、弁体３１が低圧側シート面３３から離れるタイミング近傍に予め設定されている。この第１時刻Ｔａは、ＥＣＵ１４０のＲＯＭに記憶されている。なお、第１時刻Ｔａで検出したピエゾ荷重Ｆａを、以下、第１時刻荷重という。
【００５１】
また、第２時刻Ｔｂは、第１時刻Ｔａからさらに所定時間が経過したときであり、弁体３１が高圧側シート面３４に当接する直前のタイミングに予め設定されている。この第２時刻Ｔｂは、ＥＣＵ１４０のＲＯＭに記憶されている。なお、第２時刻Ｔｂで検出したピエゾ荷重Ｆｂを、以下、第２時刻荷重という。
【００５２】
次のステップＳ１０２では、第１時刻荷重Ｆａと第２時刻荷重Ｆｂとを比較して、弁体３１が低圧側シート面３３から離れているか否かを判定する。なお、ステップＳ１０２は、本発明の第１異常判定手段に相当する。
【００５３】
ここで、弁体３１が低圧側シート面３３に当接している状態では、バルブ室１４と低圧燃料通路１６との圧力差により弁体３１が低圧側シート面３３側に付勢されるのに対し、弁体３１が低圧側シート面３３および高圧側シート面３４のいずれにも当接していない状態では、圧力差により弁体３１が低圧側シート面３３側に付勢される力は発生しない。したがって、Ｆａ＞Ｆｂの場合は（Ｓ１０１がＹＥＳ）、弁体３１が正常に作動していると判断し、ステップＳ１０３に進む。
【００５４】
ステップＳ１０３では、弁体３１が高圧側シート面３４に当接してバルブ室１４と高圧燃料通路１３との間を閉じたタイミングＴｃ（以下、高圧側閉時刻という）を検出する。具体的には、弁体３１が高圧側シート面３４に当接するとピエゾ荷重が大きくなるので、第２時刻Ｔｂ以後においてピエゾ荷重が閾値Ｆｃに達したときに、弁体３１が高圧側シート面３４を閉じたものと推定する。
【００５５】
ところで、弁体３１が高圧側シート面３４に当接した状態では、弁体３１は高圧燃料通路１３の燃料圧力によって高圧側シート面３４から離れる向きに付勢されるため、バルブ室１４と高圧燃料通路１３との間を確実に閉じた状態にするには、燃料圧力が高くなるほど弁体３１を高圧側シート面３４に大きな力で押し付ける必要がある。
【００５６】
そこで、本実施形態では、図６に示すように、蓄圧器内の燃料圧力Ｐｃ（以下、コモンレール圧という）が高くなるのに伴って閾値Ｆｃを大きくするようにしている。これによれば、弁体３１がバルブ室１４と高圧燃料通路１３との間を実質的に閉じたタイミングを正確に検出することができる。なお、図６に示す関係を定義したマップは、ＥＣＵ１４０のＲＯＭに記憶されている。
【００５７】
そして、応答時間算出手段としてのステップＳ１０４では、ピエゾスタック４１への充電を開始してから弁体３１がバルブ室１４と高圧燃料通路１３との間を閉じるまでの時間ΔＴ（以下、制御弁応答時間という）を算出する。具体的には、制御弁応答時間ΔＴは、充電開始時刻Ｔ０から高圧側閉時刻Ｔｃまでの時間（すなわち、ΔＴ＝Ｔｃ−Ｔ０）である。
【００５８】
次のステップＳ１０５では、制御弁応答時間ΔＴが、予め定めた許容範囲内（ΔＴｍｉｎ≦ΔＴ≦ΔＴｍａｘ）にあるか否かを判定する。このステップＳ１０５は、本発明の第２異常判定手段に相当する。
【００５９】
なお、本実施形態は、ピエゾスタック４１に充電しているときのピエゾ電圧の上昇速度Ｖｃ（以下、充電速度という）を適宜補正することにより、制御弁応答時間ΔＴを目標制御弁応答時間ΔＴｐに一致させるものであるが、図７に示すように、ΔＴｍｉｎは補正可能な制御弁応答時間ΔＴの許容最小値であり、ΔＴｍａｘは補正可能な制御弁応答時間ΔＴの許容最大値である。なお、補正可能な制御弁応答時間ΔＴの許容最小値ΔＴｍｉｎおよび許容最大値ΔＴｍａｘは、ＥＣＵ１４０のＲＯＭに記憶されている。
【００６０】
そして、制御弁応答時間ΔＴが許容範囲内（ΔＴｍｉｎ≦ΔＴ≦ΔＴｍａｘ）にある場合は（Ｓ１０５がＹＥＳ）、ステップＳ１０６に進む。
【００６１】
応答時間補正手段としてのステップＳ１０６では、次回噴射時の充電速度Ｖｃおよび次回噴射時の充電制御信号（すなわち、補正後の充電制御信号）を算出する。具体的には、制御弁応答時間ΔＴが目標制御弁応答時間ΔＴｐに一致するように、次回噴射時の充電速度Ｖｃを、次回噴射時の目標制御弁応答時間ΔＴｐに基づいて算出する。また、次回噴射時の充電速度Ｖｃを実現するための補正後の充電制御信号を算出する。
【００６２】
例えば、次回噴射時の目標制御弁応答時間ΔＴｐが今回噴射時の制御弁応答時間ΔＴよりも短い場合には、次回噴射時の充電速度Ｖｃを高くする。具体的には、図５に一点鎖線で示すように、次回噴射時における最初の充電制御信号のオン時間を長くすることにより、ピエゾスタック４１へ漸増する充電電流が流れる期間を長くする。この際、次回噴射時の合計の充電エネルギ量が今回噴射時の合計の充電エネルギ量と等しくなるように、次回噴射時における２回目以降の充電制御信号のオン時間を短くする。一方、次回噴射時の目標制御弁応答時間ΔＴｐが今回噴射時の制御弁応答時間ΔＴよりも長い場合には、次回噴射時における最初の充電制御信号のオン時間を短くして次回噴射時の充電速度Ｖｃを低くする。
【００６３】
なお、この充電速度Ｖｃは、ＥＣＵ１４０のＲＯＭに記憶された演算式にて求められる。また、充電速度Ｖｃと充電制御信号との関係を定義したマップがＥＣＵ１４０のＲＯＭに記憶されており、そのマップを用いて、次回噴射時の充電速度Ｖｃに対応する充電制御信号を求める。
【００６４】
次に、ステップＳ１０７では、ピエゾスタック４１の充電完了後、ピエゾ荷重が安定したときの第３時刻Ｔｄにおけるピエゾ荷重Ｆ１（以下、充電後荷重という）を計測する。なお、第３時刻Ｔｄは、ＥＣＵ１４０のＲＯＭに記憶されている。
【００６５】
次に、ステップＳ１０８では、充電後荷重Ｆ１と目標充電後荷重Ｆ０との荷重誤差ΔＦ（すなわち、ΔＦ＝Ｆ１−Ｆ０）を求める。なお、目標充電後荷重Ｆ０は、ＥＣＵ１４０のＲＯＭに記憶されている。
【００６６】
次に、ステップＳ１０９では、荷重誤差ΔＦが所定範囲内（ΔＦｍｉｎ≦ΔＦ≦ΔＦｍａｘ）にあるか否かを判定する。なお、本実施形態は、ステップＳ１０６で求めた充電制御信号をさらに補正して充電エネルギ量を適宜補正することにより、充電後荷重Ｆ１を適切な大きさ（すなわち、許容荷重範囲内）にするものであるが、図８に示すように、ΔＦｍｉｎは荷重誤差ΔＦの許容最小値であり、ΔＦｍａｘは荷重誤差ΔＦの許容最大値である。この荷重誤差ΔＦの許容最小値ΔＦｍｉｎおよび許容最大値ΔＦｍａｘは、ＥＣＵ１４０のＲＯＭに記憶されている。
【００６７】
そして、荷重誤差ΔＦが所定範囲内にある場合（Ｓ１０９がＹＥＳ）、換言すると、充電後荷重Ｆ１が許容荷重範囲内にある場合は、ステップＳ１１０に進む。ステップＳ１１０では、今回の充電エネルギ量Ｅ０の値を保持し、次回噴射時の充電エネルギ量Ｅ１をＥ０とする。したがって、ステップＳ１０６で求めた充電制御信号は補正されず、次回噴射時の充電後荷重Ｆ１は変化しない。
【００６８】
一方、ステップＳ１０９がＮＯの場合、すなわち、荷重誤差ΔＦが所定範囲に入っていない場合は、ステップＳ１１１に進む。ステップＳ１１１では、荷重誤差ΔＦに基づいて充電エネルギ補正値ΔＥ（荷重誤差ΔＦの関数）を算出する。なお、荷重誤差ΔＦと充電エネルギ補正値ΔＥとの関係を定義したマップ（図８参照）がＥＣＵ１４０のＲＯＭに記憶されており、そのマップを用いて充電エネルギ補正値ΔＥを求める。
【００６９】
次に、第３異常判定手段としてのステップＳ１１２では、充電エネルギ補正値ΔＥが、予め規定された範囲内（ΔＥｍｉｎ≦ΔＥ≦ΔＥｍａｘ）にあるか否かを判定する。なお、図８に示すように、ΔＥｍｉｎは充電エネルギ補正値ΔＥの許容最小値であり、ΔＥｍａｘは充電エネルギ補正値ΔＥの許容最大値である。この充電エネルギ補正値ΔＥの許容最小値ΔＥｍｉｎおよび許容最大値ΔＥｍａｘは、ＥＣＵ１４０のＲＯＭに記憶されている。
【００７０】
そして、充電エネルギ補正値ΔＥが予め規定された範囲内（ΔＥｍｉｎ≦ΔＥ≦ΔＥｍａｘ）にある場合は（ステップＳ１１２がＹＥＳ）、ステップＳ１１３に進む。
【００７１】
充電後荷重補正手段としてのステップＳ１１３では、次回噴射時の充電エネルギ量Ｅ１および次回噴射時の充電制御信号（すなわち、補正後の充電制御信号）を算出する。
【００７２】
具体的には、今回噴射時の充電エネルギ量Ｅ０に充電エネルギ補正値ΔＥを加算した値を、次回噴射時の充電エネルギ量Ｅ１とする。また、次回噴射時の充電エネルギ量Ｅ１を実現するために、ステップＳ１０６で求めた充電制御信号をさらに補正する。例えば、充電エネルギ補正値ΔＥが正の場合は、ステップＳ１０６で求めた充電制御信号における最後の充電制御信号のオン時間を長くする。充電エネルギ補正値ΔＥが負の場合は、ステップＳ１０６で求めた充電制御信号における最後の充電制御信号のオン時間を短くする。
【００７３】
なお、次回噴射時の充電エネルギ量Ｅ１と充電制御信号の補正量との関係を定義したマップがＥＣＵ１４０のＲＯＭに記憶されており、そのマップを用いて充電制御信号の補正量を求める。
【００７４】
そして、次回のステップＳ１００では、ステップＳ１０６で求めた充電制御信号、或いはステップＳ１１３でさらに補正した充電制御信号を、駆動回路１３０に出力する。
【００７５】
ここで、ピエゾスタック４１への充電を開始してから噴射が開始されるまでの時間のうち、ピエゾスタック４１への充電を開始してから弁体３１がバルブ室１４と高圧燃料通路１３との間を閉じるまでの時間はピエゾスタック４１の特性の影響を受けるが、弁体３１がバルブ室１４と高圧燃料通路１３との間を閉じてから噴射が開始されるまでの時間はピエゾスタック４１の特性の影響を受けない。
【００７６】
したがって、ステップＳ１０６で求めた充電制御信号に基づいてピエゾスタック４１への充電を制御することにより、ピエゾスタック４１の特性の個体間ばらつきや経時劣化に拘わらず、ピエゾスタック４１への充電を開始してから弁体３１がバルブ室１４と高圧燃料通路１３との間を閉じるまでの制御弁応答時間ΔＴを目標制御弁応答時間ΔＴｐに一致させることができるため、ピエゾスタック４１の特性の個体間ばらつきや経時劣化に拘わらず、噴射開始時期や噴射量を精度よく制御することができる。
【００７７】
また、ステップＳ１１３で補正した充電制御信号に基づいてピエゾスタック４１への充電を制御することにより、充電後荷重Ｆ１が許容荷重範囲内に調整されるため、高圧側シート面３４への弁体３１の押し付け荷重が不足することによるシール不良を防止できるとともに、過大な押し付け荷重による弁体３１や高圧側シート面３４の摩耗を防止ないしは抑制することができる。
【００７８】
ステップＳ１１０またはステップＳ１１３に続いて実行されるステップＳ１１４では、噴射許可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許可信号がオフしていないと判定されると、引き続き噴射許可信号がオフされたか否かがモニタされる。また、本ステップにて噴射許可信号がオフされたと判定されるとステップ１１５に進む。
【００７９】
ステップ１１５では、放電制御信号を駆動回路１３０に出力して、ピエゾスタック４１に充電された電荷を周知の方法で放電させる。これにより、弁体３１が高圧側シート面３４から離れてバルブ室１４と高圧連絡通路１３ａとの間が開かれるとともに、弁体３１が低圧側シート面３３に当接してバルブ室１４と低圧燃料通路１６との間が閉じられ、燃料噴射が終了する。そして、ステップ１１５の処理を実行後、本フローは終了する。
【００８０】
なお、ステップＳ１０２がＮＯの場合（すなわちＦａ≦Ｆｂ）、ステップＳ１０５がＮＯの場合（すなわちΔＴｍｉｎ＞ΔＴ＞ΔＴｍａｘ）、およびステップＳ１１２がＮＯの場合は（すなわちΔＥｍｉｎ＞ΔＥ＞ΔＥｍａｘ）、ピエゾスタック４１や伝達部の異常等による制御弁３の作動不良と判定し、ステップＳ１１６に進む。
【００８１】
そして、ステップＳ１１６では、ステップＳ１０２、Ｓ１０５、Ｓ１１２で異常と判定した燃料噴射弁１がどの気筒の燃料噴射弁１であるかの情報を、ＥＣＵ１４０のＥＥＰＲＯＭに記憶するとともに、その気筒の燃料噴射を禁止する処置をする。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】本発明の一実施形態に係る燃料噴射装置の全体構成を示す断面図である。
【図２】図１のＡ部の拡大断面図である。
【図３】図１の荷重センサおよびピエゾスタックを示す斜視図である。
【図４】図１のＥＣＵ１４０にて実行される制御処理を示すフローチャートである。
【図５】図４の制御処理を行ったときの作動例を示すタイムチャートである。
【図６】コモンレール圧Ｐｃと閾値Ｆｃとの関係を示す特性図である。
【図７】制御弁応答時間ΔＴと充電速度Ｖｃとの関係を示す特性図である。
【図８】荷重誤差ΔＦと充電エネルギ補正値ΔＥとの関係を示す特性図である。
【符号の説明】
【００８３】
１…燃料噴射弁、２…ノズル、３…制御弁、７…荷重センサ、１３…高圧燃料通路、１４…バルブ室、１５…連絡通路、１６…低圧燃料通路、２１…ニードル、２４…噴孔、２６…制御室、３３…低圧側シート面、３４…高圧側シート面、４１…ピエゾスタック、１３０…駆動回路、１４０…制御装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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