(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピエゾアクチュエータに設けられているピエゾスタックを充放電することにより前記ピエゾアクチュエータを駆動するピエゾアクチュエータ制御装置であって、
前記ピエゾスタックを充電または放電に切り替える充放電切替手段と、
前記ピエゾスタックが放電される前の前記ピエゾスタックの充電電圧を記憶する記憶手段と、
前記ピエゾスタックに充電または放電が開始されてから経過した期間を計測する期間計測手段と、
前記充放電切替手段により前記ピエゾスタックの放電中に充電へ切り替えられるとき、前記ピエゾスタックが放電される前に前記記憶手段に記憶された電圧に到達すると前記ピエゾスタックへの充電を停止し、前記ピエゾスタックが完全放電した後に前記ピエゾスタックを充電するとき、前記期間計測手段で計測された期間があらかじめ設定された所定期間を経過すると、前記ピエゾスタックへの充電を停止する制御手段と、
を備えることを特徴とするピエゾアクチュエータ制御装置。
【請求項２】
前記記憶手段は、前記ピエゾスタックの充電が停止されてから所定の期間が経過した後の前記ピエゾスタックの充電電圧を記憶することを特徴とする請求項１記載のピエゾアクチュエータ制御装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記記憶手段で記憶された前記ピエゾスタックの充電電圧が前記ピエゾスタックの充電停止時の充電電圧よりも小さいとき、それらの差を前記記憶手段に記憶された充電電圧に加えることを特徴とする請求項２記載のピエゾアクチュエータ制御装置。
【請求項４】
前記記憶手段は、前記ピエゾスタックの充電が停止されたときの前記ピエゾスタックの充電電圧を記憶することを特徴とする請求項１記載のピエゾアクチュエータ制御装置。
【請求項５】
前記制御手段は、前記ピエゾスタックの充放電を繰り返し実行するとき、前記記憶手段に最初に記憶された充電電圧まで充電することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項記載のピエゾアクチュエータ制御装置。
【請求項６】
前記所定期間は、前記ピエゾスタックの放電が開始されてから前記ピエゾスタックへの充電が開始されるまでの期間であることを特徴とする請求項１記載のピエゾアクチュエータ制御装置。
【請求項７】
前記所定期間は、前記ピエゾスタックの放電が開始されてから前記ピエゾスタックへの充電が開始されるまでの期間に、損失分のエネルギーを補充可能な期間を加えたものであることを特徴とする請求項１記載のピエゾアクチュエータ制御装置。
【請求項８】
前記制御手段は、前記充放電切替手段を駆動するための駆動信号を出力する駆動信号出力手段を有し、前記駆動信号出力手段から出力される駆動信号のパルス幅を短縮して前記ピエゾスタックの充電状態が保持されている期間を補正することを特徴とする請求項１から７のいずれか記載のピエゾアクチュエータ制御装置。
【請求項９】
前記制御手段は、前記充放電切替手段を駆動するための駆動信号を出力する駆動信号出力手段を有し、前記駆動信号出力手段から出力される駆動信号のパルス間隔を延長して前記ピエゾスタックの放電が開始されてから充電が終了するまでの期間を補正することを特徴とする請求項１から７のいずれか記載のピエゾアクチュエータ制御装置。
【請求項１０】
ピエゾスタックを充放電することにより駆動されるピエゾアクチュエータ制御方法であって、
前記ピエゾスタックが放電されている放電段階の途中で前記ピエゾスタックが充電される充電段階に切り替えられるとき、前記放電段階となる前の前記ピエゾスタックの充電電圧を記憶し、記憶された充電電圧に到達すると前記充電段階を終了し、
前記ピエゾスタックが完全放電した後に前記ピエゾスタックを充電するとき、あらかじめ設定された所定期間が経過すると前記充電段階を停止することを特徴とするピエゾアクチュエータ制御方法。
【請求項１１】
前記充電段階が終了してから所定の期間が経過した後の前記ピエゾスタックの充電電圧が記憶されることを特徴とする請求項１０記載のピエゾアクチュエータ制御方法。
【請求項１２】
記憶された充電電圧が前記充電段階終了時における前記ピエゾスタックの充電電圧よりも小さいとき、それらの差を記憶された充電電圧に加えることを特徴とする請求項１１記載のピエゾアクチュエータ制御方法。
【請求項１３】
前記充電段階が終了したときにおける前記ピエゾスタックの充電電圧が記憶されることを特徴とする請求項１０記載のピエゾアクチュエータ制御方法。
【請求項１４】
前記充電段階と前記放電段階とが繰り返し実行されるときであって、前記放電段階の途中で前記充電段階に切り替えられるときに前記充電段階を終了する到達電圧は、最初の放電段階前に記憶された充電電圧であることを特徴とする請求項１０から１３のいずれか一項記載のピエゾアクチュエータ制御方法。
【請求項１５】
前記所定の期間は、前記放電段階が開始されてから前記充電段階が開始されるまでの期間であることを特徴とする請求項１０記載のピエゾアクチュエータ制御方法。
【請求項１６】
前記所定の期間は、前記放電段階が開始されてから前記充電段階の開始されるまでの期間に、前記充電段階の終了後に損失されたエネルギーを補充可能な期間を加えた期間であることを特徴とする請求項１０記載のピエゾアクチュエータ制御方法。
【請求項１７】
前記ピエゾスタックの前記充電段階または前記放電段階を切り替える駆動信号のパルス幅を短縮し、前記ピエゾスタックの充電状態が保持されている期間を補正することを特徴とする請求項１０から１６のいずれか一項記載のピエゾアクチュエータ制御方法。
【請求項１８】
前記ピエゾスタックの前記充電段階または前記放電段階を切り替える駆動信号のパルス間隔を延長し、前記ピエゾスタックの放電が開始されてから充電が終了するまでの期間を補正することを特徴とする請求項１０から１６のいずれか一項記載のピエゾアクチュエータ制御方法。
【請求項１９】
噴孔が形成されているハウジング、前記ハウジングの内部に軸方向へ往復移動可能に収容され前記噴孔を開閉する弁部材、ならびにピエゾアクチュエータが設けられ前記弁部材を駆動する駆動手段を有する燃料噴射装置と、
前記ピエゾアクチュエータを制御する請求項１から９のいずれか一項記載のピエゾアクチュエータ制御装置と、
を備えることを特徴とする燃料噴射制御システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ピエゾアクチュエータ制御装置、ピエゾアクチュエータ制御方法および燃料噴射制御システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ピエゾアクチュエータはＰＺＴなどの圧電材料の圧電作用を利用したものであり、容量性素子であるピエゾスタックが充放電により伸長または縮小してピストンなどを直線駆動する。例えば、内燃機関の燃料噴射装置において噴孔を開閉する弁部材の駆動をピエゾアクチュエータにより直接または間接に行うものが公知である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ピエゾアクチュエータは温度特性を有しており、ピエゾスタックの静電容量は温度によって変化する。これによりピエゾアクチュエータの変位量も温度によって変化する。そのため、ピエゾスタックに投入されるエネルギーを一定に保持することにより、ピエゾスタックの温度特性を補償することが知られている。
例えば、ピエゾアクチュエータの変位量の温度特性を補償する駆動方法として、図２３に示すようなピエゾアクチュエータ制御装置１００の駆動回路を用いて一定のエネルギーでピエゾアクチュエータを駆動する方法が考えられる。ピエゾアクチュエータでは、ピエゾスタック１０１Ａ〜１０１Ｄの充電が進むにつれてピエゾスタック１０１Ａ〜１０１Ｄの両端間の電圧が上昇する。そのため、スイッチング素子１０２がオンされている期間にインダクタ１０３に印加される電圧は徐々に低下する。これにより、誘電起電力も徐々に低下するため、スイッチング素子１０２がオンされている期間においてインダクタ１０３に流れる電流の勾配すなわちピエゾスタック１０１Ａ〜１０１Ｄへの充電電流の勾配もピエゾスタック１０１Ａ〜１０１Ｄの充電が進むにつれて小さくなる。
【０００４】
この場合、スイッチング素子１０２がオンされている期間を一定とすることにより、スイッチング素子１０２がオン／オフされる一周期中におけるピエゾスタック１０１Ａ〜１０１Ｄの充電電流のピーク値は充電が進むにつれて低下する。すなわち、ピエゾスタック１０１Ａ〜１０１Ｄの充電が進むにつれて、ピエゾスタック１０１Ａ〜１０１Ｄの両端間の電圧とは逆に充電電流が三角波形をとりながら全体的に減少する。
【０００５】
一方、ピエゾスタック１０１Ａ〜１０１Ｄの静電容量が増大すると、増大による影響はピエゾスタック１０１Ａ〜１０１Ｄの両端間の電圧の上昇速度を抑制する方向へ作用する。このようなピエゾスタック１０１Ａ〜１０１Ｄの両端間の電圧の上昇速度を抑制する方向への作用は、インダクタ１０３へ印加される電圧の低下速度を抑制する方向へ作用するため、全体的にみた充電電流の減少速度を抑制する方向に作用する。これはピエゾスタック１０１Ａ〜１０１Ｄへの充電速度を増大させる方向へ作用するため、ピエゾスタック１０１Ａ〜１０１Ｄの静電容量が増大する場合であっても、ピエゾスタック１０１Ａ〜１０１Ｄの両端間の電圧の上昇速度は大きく抑制されることがない。
【０００６】
その結果、ピエゾスタック１０１Ａ〜１０１Ｄの静電容量が増大する場合であっても、全体的にみた充電電流については、減少速度は大きく抑制されることがない。しかも、ピエゾスタック１０１Ａ〜１０１Ｄの両端間の電圧の上昇速度の抑制作用は、ピエゾスタック１０１Ａ〜１０１Ｄへのエネルギー供給速度を減少する方向へ作用し、充電電流の減少抑制作用はピエゾスタック１０１Ａ〜１０１Ｄへのエネルギー供給速度を増大する方向へ作用する。そのため、これらが相殺され供給エネルギーの経時変化はピエゾスタック１０１Ａ〜１０１Ｄの静電容量の変動にかかわらず概ね一定となる。
【０００７】
ところで、近年、ピエゾアクチュエータの高速応答性という利点を活用した燃料噴射装置による近接多段噴射が検討されている。そのため、燃料噴射装置による燃料の噴射間隔を短縮する必要があり、燃料の噴射が終了しピエゾアクチュエータのピエゾスタック１０１Ａ〜１０１Ｄにエネルギーが残存している状態で次の噴射のための充電を実施しなければならない。すなわち、ピエゾスタック１０１Ａ〜１０１Ｄの放電段階の途中に充電段階へ切り替えるという制御が必要となる。
【０００８】
しかしながら、上述した従来の技術の場合、ピエゾスタック１０１Ａ〜１０１Ｄへの充電の初期条件としてピエゾスタック１０１Ａ〜１０１Ｄの電圧が「０」でないと所定の時間で所定のエネルギーを充電するという制御は困難である。そのため、燃料噴射装置からの燃料の噴射間隔をピエゾスタック１０１Ａ〜１０１Ｄの放電時間よりも短縮できないという問題がある。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、ピエゾスタックが放電中に充電に切り替えられる場合でもピエゾスタックのエネルギーが一定に保持されるピエゾアクチュエータ制御装置、ピエゾアクチュエータ制御方法を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、近接多段噴射時における燃料の噴射間隔が短縮される燃料噴射制御システムを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１記載のピエゾアクチュエータ制御装置または請求項１１記載のピエゾアクチュエータ制御方法によると、ピエゾスタックから放電される前のピエゾスタックの電圧を記憶する。そして、ピエゾスタックが放電から充電へ切り替えられたとき、ピエゾスタックの充電電圧が記憶された電圧に到達するとピエゾスタックへの充電を停止する。これにより、ピエゾスタックに充電されるエネルギーを放電前に充電されたエネルギーと等しくすることができる。これは、ピエゾスタックが放電中に充電へ移行するという極めて短期間ではピエゾスタックの温度は大きく変化せず、ピエゾスタックの静電容量は概ね一定となるからである。ピエゾスタックに充電されるエネルギーＥは、ピエゾスタックの静電容量をＣとし充電電圧をＶとすると、Ｅ＝ＣＶ2／２で表される。すなわち、静電容量Ｃが一定であるとき、電圧Ｖを一定にするとピエゾスタックに充電されるエネルギーＥも一定となる。したがって、ピエゾスタックが放電される前の電圧までピエゾスタックに充電することにより、ピエゾスタックに充電されるエネルギーを一定に保持することができる。
また、本発明の請求項１記載のピエゾアクチュエータ制御装置または請求項１０記載のピエゾアクチュエータ制御方法によると、あらかじめ設定された所定期間が経過するとピエゾスタックへの充電は停止される。そのため、ピエゾスタックが放電中に充電に切り替わる制御がされる場合、放電の途中にピエゾスタックに残存している充電エネルギーに加え、あらかじめ設定された所定期間分の充電エネルギーをピエゾスタックに充電することができる。
【００１１】
本発明の請求項２記載のピエゾアクチュエータ制御装置または請求項１２記載のピエゾアクチュエータ制御方法によると、ピエゾスタックの充電が停止されてから所定の期間が経過した後のピエゾスタックの充電電圧が記憶される。これにより、充電が終了し電圧が安定した状態でピエゾスタックの充電電圧を記憶することができる。そのため、ピエゾスタックの充電を停止するための到達電圧として安定した電圧を使用することができる。
【００１２】
本発明の請求項３記載のピエゾアクチュエータ制御装置または請求項１３記載のピエゾアクチュエータ制御方法によると、記憶された充電電圧を補償している。ピエゾスタックの充電が停止された後に発生する例えばピエゾアクチュエータの損失や仕事により、充電の停止から所定の期間が経過した後にピエゾアクチュエータの電圧を記憶すると、記憶される電圧は充電の終了直後と比較して低下することがある。そこで、このような場合、ピエゾスタックへの充電が停止されたときの充電電圧と記憶した充電電圧との差を、記憶した充電電圧に加えている。したがって、ピエゾスタックの充電が停止された後に充電電圧に損失が生じる場合であっても、ピエゾスタックに充電されるエネルギーを一定に制御することができる。
【００１３】
本発明の請求項４記載のピエゾアクチュエータ制御装置または請求項１４記載のピエゾアクチュエータ制御方法によると、ピエゾスタックの充電が停止されたときのピエゾスタックの充電電圧が記憶される。そのため、ピエゾスタックへの充電が停止された後に発生する損失などの影響を受けることなく、ピエゾスタックに充電されるエネルギーを一定に制御することができる。
【００１４】
本発明の請求項５記載のピエゾアクチュエータ制御装置または請求項１５記載のピエゾアクチュエータ制御方法によると、ピエゾスタックの放電と充電とが繰り返される場合、ピエゾスタックには最初に記憶された充電電圧まで充電される。ピエゾスタックの最初の放電がされる前の充電停止後に記憶された充電電圧は、最初の充電が停止されたときの電圧、最初の充電の停止から所定の期間の経過後の電圧、または最初の充電の停止から所定の期間経過後の電圧に損失分を補償した電圧のいずれでもよい。
【００１５】
ピエゾスタックの放電中に充電に切り替わる制御が繰り返される場合、最初に記憶された電圧を記憶し、それ以降の充電が停止される到達電圧として用いることにより、ピエゾスタックに充電されるエネルギーを一定に制御することができる。
【００１７】
本発明の請求項７記載のピエゾアクチュエータ制御装置または請求項１７記載のピエゾアクチュエータ制御方法によると、所定期間はピエゾスタックの放電が開始されてからピエゾスタックへの充電が開始されるまでの期間である。そのため、ピエゾスタックには放電したエネルギーと同量のエネルギーを充電することができる。したがって、ピエゾスタックに充電されるエネルギーは放電前に充電されていたエネルギーと同一のエネルギーとなり、ピエゾスタックに充電されるエネルギーを一定に制御することができる。
【００１８】
本発明の請求項８記載のピエゾアクチュエータ制御装置または請求項１８記載のピエゾアクチュエータ制御方法によると、所定期間はピエゾスタックの放電が開始されてからピエゾスタックへの充電が開始されるまでの期間に損失分のエネルギーを補充可能な期間を加えたものである。したがって、損失が発生する場合でも、ピエゾスタックに充電されるエネルギーは放電前に充電されていたエネルギーと同一のエネルギーとなり、ピエゾスタックに充電されるエネルギーを一定に制御することができる。
【００１９】
本発明の請求項９記載のピエゾアクチュエータ制御装置または請求項１９記載のピエゾアクチュエータ制御方法によると、駆動信号のパルス幅を短縮してピエゾスタックの充電状態が保持されている期間を補正している。ピエゾスタックの放電中に充電へ切り替えることにより、ピエゾスタックのエネルギーが０となるまで放電が継続しない。そのため、ピエゾスタックに残存するエネルギー量によっては、その後のピエゾスタックの充電のために要する期間が相対的に短くなることがある。その結果、ピエゾスタックへの充電が停止されてから放電を開始するまでの期間（ピエゾスタックが充電状態に保持されている期間）が長くなる。そこで、駆動信号のパルス幅を短縮することにより、ピエゾスタックへの充電が停止されてから放電が開始されるまでの期間を補正することができる。
【００２０】
本発明の請求項１０記載のピエゾアクチュエータ制御装置または請求項２０記載のピエゾアクチュエータ制御方法によると、駆動信号のパルスの間隔を延長してピエゾスタックが充電される期間を補正している。ピエゾスタックの放電中に充電へ切り替えることにより、ピエゾスタックのエネルギーが０となるまで放電が継続しない。そのため、ピエゾスタックに残存するエネルギー量によっては、その後のピエゾスタックの充電のために要する期間が相対的に短くなることがある。そこで、駆動信号のパルスの間隔を延長することにより、例えば燃料噴射装置に適用した場合、駆動信号の立ち上がりから噴射が開始されるまでの期間を補正することができる。
【００２１】
本発明の請求項２１記載の燃料噴射制御装置によると、燃料噴射装置の駆動手段に設けられているピエゾアクチュエータは請求項１から１０のいずれか一項記載のピエゾアクチュエータ制御装置により制御される。そのため、近接多段噴射のようにピエゾスタックが放電中に充電に切り替えられる場合でも、ピエゾスタックに充電されるエネルギーを一定に保持することができる。したがって、燃料噴射装置からの燃料の噴射間隔をピエゾスタックの放電時間よりも短縮することができ、近接多段噴射時における燃料の噴射間隔を短縮することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を示す複数の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
（第１実施例）
本発明の第１実施例による燃料噴射制御システムを適用したディーゼルエンジンのコモンレール式の燃料噴射システムを図２に示す。
ディーゼルエンジンの各気筒にはそれぞれ燃料噴射装置としてのインジェクタ１が設けられており、インジェクタ１には供給ライン２を経由してコモンレール３から高圧の燃料が供給される。そのため、インジェクタ１から各気筒の燃焼室内へはコモンレール３の内部の燃料の圧力に等しい圧力の燃料が噴射される。コモンレール３には燃料タンク４の燃料が高圧ポンプ５により加圧給送される。給送された燃料は、コモンレール３の内部に蓄圧状態で蓄えられる。コモンレール３に蓄えられている燃料の一部は、インジェクタ１の制御油圧としても用いられる。コモンレール３からインジェクタ１へ供給された制御油圧として用いられる燃料は、低圧の還流路６を経由して燃料タンク４に還流される。
【００２３】
コモンレール３には圧力センサ３ａが設けられており、コモンレール３の内部の燃料圧力は圧力センサ３ａにより検出されＥＣＵ７に出力される。ＥＣＵ７は圧力センサ３ａにより検出されたコモンレール３内部の燃料の圧力に基づいて調量弁８を制御し、コモンレール３へ給送される燃料の流量を調整する。これにより、ＥＣＵ７は他のセンサから入力される信号に基づいて判断されるエンジンの運転状態に合わせて、コモンレール３内の燃料の圧力が適正となるように制御する。
【００２４】
図３に示すように、インジェクタ１はハウジング、弁部材３０および駆動手段としてのバルブ駆動部４０を備えている。ハウジングはハウジング本体１０とノズルボディ１１とを有している。ノズルボディ１１内には弁部材３０が摺動可能に保持されている。ノズルボディ１１には単数または複数の噴孔１２が形成されている。弁部材３０はノズルボディ１１の噴孔１２入口側に形成されている弁座部１３に着座可能な当接部３１を有している。当接部３１が弁座部１３から離座することにより噴孔１２への燃料の流れが開放され、噴孔１２から燃料が噴射される。当接部３１が弁座部１３へ着座することにより噴孔１２への燃料の流れが閉塞され、噴孔１２からの燃料の噴射が停止される。
【００２５】
ハウジング本体１０には、バルブ駆動部４０を構成するピエゾアクチュエータ５０および制御弁４１が収容されている。ハウジング本体１０には、ピエゾ収容部２１、油圧室２２、低圧室２３、制御室２４および背圧室２５が形成されている。ピエゾ収容部２１にはピエゾアクチュエータ５０が収容されている。ピエゾアクチュエータ５０の端部はピエゾピストン４２と当接しており、ピエゾピストン４２の反ピエゾアクチュエータ側の端部は油圧室２２に面している。ピエゾアクチュエータ５０はピエゾアクチュエータ制御装置６０に接続されており、ピエゾアクチュエータ制御装置６０はＥＣＵ７からの指令に基づいてピエゾアクチュエータ５０を駆動する駆動信号を出力する。ピエゾアクチュエータ５０が伸長すると、ピエゾアクチュエータ５０に当接しているピエゾピストン４２は図３の下方へ移動し、油圧室２２の燃料を加圧する。ピエゾピストン４２の移動は油圧室２２の油圧により変位量が拡大されて制御ピストン４３へ伝達される。制御ピストン４３の反油圧室側の端部は制御弁４１と当接している。制御弁４１は半球形状に形成され、球面状の部分が制御室２４の内壁に形成されている弁座部２４ａに着座可能である。制御弁４１の平面状の部分は、高圧通路１４から制御室２４へ連通する高圧ポート１５を閉塞可能である。コモンレール３から高圧通路１４へ供給された燃料は、高圧ポート１５を経由して制御室２４および背圧室２５へ導入される。低圧室２３には低圧通路１６が連通しており、制御室２４から低圧ポート１７を経由して排出された燃料は低圧通路１６および還流路６を経由して燃料タンク４へ還流される。制御弁４１が弁座部２４ａから離座または弁座部２４ａへ着座することにより、低圧ポート１７が開閉される。
【００２６】
背圧室２５は、弁部材３０の反噴孔側の端部に形成されている。背圧室２５には高圧通路１４からコモンレール３内の圧力と同一の燃料が導入されている。背圧室２５にはスプリング２６が配設されており、背圧室２５に導入された高圧の燃料とスプリング２６の付勢力とにより弁部材３０は当接部３１が弁座部１３へ着座する方向すなわち噴孔１２を閉塞する方向へ付勢されている。
【００２７】
次に、上記の構成のインジェクタ１の作動について説明する。
ピエゾアクチュエータ５０が伸長していないとき、ピエゾアクチュエータ５０に当接するピエゾピストン４２は、油圧室２２に配設されているスプリング２７の付勢力により図３の上方へ移動している。そのため、制御ピストン４３を介して制御弁４１を図３の下方へ付勢する力は小さくなり、制御室２４内の燃料の圧力により制御弁４１に作用する油圧によって制御弁４１は弁座部２４ａに着座している。これにより、制御室２４の燃料の圧力はコモンレール３内の燃料の圧力と等しくなり、制御室２４に連通している背圧室２５の燃料の圧力もコモンレール３内の燃料の圧力と等しくなる。
【００２８】
このとき、弁部材３０の周囲の燃料により当接部３１が弁座部１３から離座する方向すなわち噴孔開放方向へ弁部材３０に作用する力は、背圧室２５の燃料の圧力およびスプリング２６の付勢力により噴孔閉塞方向へ弁部材３０に作用する力よりも小さい。そのため、当接部３１は弁座部１３に着座し、噴孔１２からの燃料の噴射は停止されている。
【００２９】
ＥＣＵ７からの指令によりピエゾアクチュエータ５０が伸長すると、ピエゾアクチュエータ５０の伸長にともなってピエゾピストン４２は図３の下方へ移動する。ピエゾピストン４２の移動により油圧室２２の燃料は加圧され、油圧室２２の油圧を介してピエゾピストン４２の駆動力は制御ピストン４３へ伝達される。ピエゾピストン４２の移動量の増大にともなって油圧室２２の油圧は増大し、制御ピストン４３を制御弁４１方向へ付勢する力が制御室２４の油圧により制御弁４１に作用する力よりも大きくなると、制御弁４１は弁座部２４ａから離座する。制御弁４１が弁座部２４ａから離座すると、制御室２４の燃料は低圧ポート１７を経由して低圧室２３へ流出する。そのため、制御室２４の油圧は低下し、これにともない背圧室２５の油圧も低下する。そして、背圧室２５の燃料の圧力およびスプリング２６の付勢力により噴孔閉塞方向へ弁部材３０に作用する力が弁部材３０の周囲の燃料により噴孔開放方向へ弁部材３０に作用する力よりも小さくなると、弁部材３０は図３の上方へリフトし、当接部３１は弁座部１３から離座する。その結果、噴孔１２から燃料の噴射が開始される。
【００３０】
ピエゾアクチュエータ５０が収縮すると、油圧室２２の油圧が低下し制御ピストン４３を制御弁４１方向へ付勢する力が低下する。そのため、制御室２４の油圧により制御弁４１は弁座部２４ａに着座し、制御室２４から低圧室２３への燃料の流出は停止される。これにより、制御室２４の油圧は再び上昇し、これにともない背圧室２５の油圧も上昇する。そして、背圧室２５の燃料の圧力およびスプリング２６の付勢力により噴孔閉塞方向へ弁部材３０に作用する力が弁部材３０の周囲の燃料により噴孔開放方向へ弁部材３０に作用する力よりも大きくなると、弁部材３０は図３の下方へ移動し、当接部３１は弁座部１３へ着座する。その結果、噴孔１２から燃料の噴射が停止される。
ピエゾアクチュエータ５０の伸長または縮小を繰り返すことにより、噴孔１２からの燃料の噴射が断続される。
【００３１】
次に、ピエゾアクチュエータ制御装置６０について詳細に説明する。
図１には一本のインジェクタに対応する一つのピエゾアクチュエータを駆動するピエゾアクチュエータ制御装置６０の駆動回路を示している。ピエゾアクチュエータ制御装置６０は、電源であるバッテリ６１に接続されている。バッテリ６１から供給された直流電圧は、ＤＣ／ＤＣコンバータ６２により数十から数百Ｖの電圧に変換される。ＤＣ／ＤＣコンバータ６２の出力端には並列にバッファコンデンサ６３が接続されている。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ６２の出力端には、例えばＭＯＳＦＥＴを用いたスイッチング素子６４およびスイッチング素子６５が接続されている。スイッチング素子６４およびスイッチング素子６５にはそれぞれ逆方向にダイオード６４１、６５１が接続されている。また、ピエゾアクチュエータ制御装置６０の駆動回路には、駆動回路を流れる電流を制限するためのインダクタ６６、ピエゾアクチュエータ５０のピエゾスタック５１、ピエゾスタック５１を選択するスイッチング素子（以下、選択スイッチ素子という）６７、選択スイッチ素子６７の逆方向に接続されたダイオード６７１、ならびに電流検出用の抵抗６８が接続されている。
【００３２】
スイッチング素子６４、インダクタ６６、ピエゾスタック５１、選択スイッチ素子６７および抵抗６８は直列に接続されており、充電回路を形成している。また、スイッチング素子６５、インダクタ６６、ピエゾスタック５１、ダイオード６７１および抵抗６８は直列に接続されており放電回路を形成している。電流検出用の抵抗６８には比較回路７１が接続され、比較回路７１は所定の電流値に相当する基準電圧を保持するバッファ７１１との比較結果を出力する。同様に、抵抗６８には比較回路７２が接続され、比較回路７２は抵抗６８を流れる電流が「０」となったことを検出する。駆動回路には時間計測回路７３が接続されており、比較回路７１から出力された信号を受けて抵抗６８を流れる電流が所定の電流値に達するまでの時間を計測する。
【００３３】
さらに、駆動回路にはピエゾスタック５１の電圧を高インピーダンスで受けるバッファ回路７４、ピエゾスタック５１の電圧を記憶する記憶手段としてのサンプルホールド回路７５、ならびに比較回路７６が接続されている。比較回路７６は、サンプルホールド回路７５の記憶電圧と充電時のピエゾスタック５１の電圧とを比較してピエゾスタック５１の電圧がサンプルホールド回路７５に記憶された電圧に到達すると、記憶された電圧に到達したことを示す「１レベル」信号を出力する。
【００３４】
駆動回路には制御手段としての制御回路７０が接続されている。制御回路７０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ６２、スイッチング素子６４、スイッチング素子６５、選択スイッチ素子６７、比較回路７１、比較回路７２、時間計測回路７３、サンプルホールド回路７５、比較回路７６に接続されており、ＥＣＵ７から入力される指令に基づいて駆動信号を出力し、駆動信号に基づいて各部を所定のシーケンスにしたがって制御する。制御回路７０はスイッチング素子６４、スイッチング素子６５および選択スイッチ素子６７などを制御することにより充放電切替手段としても機能する。
【００３５】
次に、ピエゾアクチュエータ制御装置６０の作動について説明する。
ピエゾアクチュエータ制御装置６０の作動にともなう各部の波形を図４に示し、ピエゾアクチュエータ制御装置６０によるピエゾアクチュエータ駆動方法のフローを図５に示す。
【００３６】
制御回路７０から出力される駆動信号の立ち上がりエッジが検出され駆動信号が「１レベル」となると（Ｓ１０１）、制御回路７０は充電回路を構成するスイッチング素子６４およびピエゾスタック５１の選択スイッチ素子６７を「オン」にする。また、制御回路７０によりスイッチング素子６４および選択スイッチ素子６７が「オン」にされると、時間計測回路７３はスイッチング素子６４が「オン」されている時間の計測を開始し、かつ制御回路７０から出力された駆動信号が「１レベル」となった時間をカウントする（Ｓ１０２）。
【００３７】
スイッチング素子６４が「オン」されることにより、バッファコンデンサ６３からスイッチング素子６４、インダクタ６６、ピエゾスタック５１、選択スイッチ素子６７および抵抗６８から形成される充電回路に充電電流が流れる。この充電電流はインダクタ６６の作用により時間とともに増加する。抵抗６８で検出された電流値は比較回路７１に入力され、所定の電流値に到達した時点で比較回路７１からの出力信号が「１レベル」となる。比較回路７１からの出力信号が「１レベル」となると（Ｓ１０３）、制御回路７０はスイッチング素子６４を「オフ」にするとともに、時間計測回路７３は計測を終了し計測されたスイッチング素子６４が「オン」されていた時間Ｔｉを制御回路７０に出力する。制御回路７０はこの時間Ｔｉを記憶する（Ｓ１０４）。
【００３８】
スイッチング素子６４が「オフ」にされた後も、インダクタ６６の作用により充電電流はダイオード６５１、インダクタ６６、ピエゾスタック５１、選択スイッチ素子６７、抵抗６８から形成される充電回路において電流は徐々に減少しながら流れ続ける。充電回路を流れる電流値は抵抗６８に接続されている比較回路７２で検出され、比較回路７２はその電流値が「０」となった時点で「１レベル」信号を制御回路７０へ出力する。比較回路７２から出力される信号が「１レベル」になると（Ｓ１０５）、制御回路７０は再びスイッチング素子６４を「オン」にする。そして、制御回路７０は、２回目以降にスイッチング素子６４を「オン」にする時間がＳ１０４で記憶されている１回目にスイッチング素子６４が「オン」された時間Ｔｉとなるように制御する。時間Ｔｉが経過すると、制御回路７０はスイッチング素子６４を「オフ」にする（Ｓ１０６）。記憶されていた時間Ｔｉが経過した後、制御回路７０がスイッチング素子６４を「オフ」にすると、Ｓ１０４と同様に充電回路を流れる電流値は徐々に減少する。この多重スイッチング動作は、後述する制御フラグが「１」とならない限り（Ｓ１０７）、制御回路７０から出力された駆動信号が「１レベル」となった時間からあらかじめ設定されている所定の時間Ｔｔが経過するまで継続される。すなわち、Ｓ１０２でカウントが開始されてから所定の時間Ｔｔが経過するまで、Ｓ１０５からＳ１０６の処理が繰り返される（Ｓ１０８）。所定の時間Ｔｔが経過すると、ピエゾスタック５１の充電段階が終了する。ピエゾスタック５１が充電されることにより、ピエゾアクチュエータ５０は伸長し、図３に示すピエゾピストン４２は図３の下方へ駆動される。これにより、上記のように噴孔１２から燃料が噴射される。
【００３９】
充電段階が終了した時点において、ピエゾスタック５１に充電された電気的なエネルギーは、上述のようにピエゾスタック５１の静電容量の変化あるいはインダクタ６６の性能のばらつきに関係なく概ね一定とすることができる。ピエゾスタック５１に充電された電気的なエネルギーの大きさは、Ｅ＝ＣＶ2／２により電圧Ｖを用いて表すことができる。
充電段階が終了し、あらかじめ設定されている時間Ｔｗが経過すると、ピエゾスタック５１の電圧Ｖはバッファ回路７４を介してサンプルホールド回路７５で記憶される（Ｓ１０９）。
【００４０】
一方、制御回路７０から出力される駆動信号の立ち下がりエッジが検出され駆動信号が「０レベル」となると（Ｓ１０１）、放電段階が開始される。また、これと同時に制御回路７０から出力された駆動信号が「０レベル」となった時間が時間計測回路７３によりカウントされる（Ｓ１１１）。放電段階の作動手順は上述の充電段階と概ね同一である。制御回路７０は、放電段階中に駆動信号の「１レベル」が検出されたか、すなわち放電段階の途中に充電段階へ移行したか否かを判断する（Ｓ１１２）。駆動信号の「１レベル」が検出されない場合、制御回路７０は放電用のスイッチング素子６５を「オン」にする。スイッチング素子６５が「オン」されると、ピエゾスタック５１、インダクタ６６、スイッチング素子６５、抵抗６８およびダイオード６７１から形成される放電回路に放電電流が流れる。Ｓ１０４で記憶された時間Ｔｉに対応する間、スイッチング素子６５は「オン」にされ、時間Ｔｉが経過するとスイッチング素子６５は「オフ」にされる（Ｓ１１３）。
【００４１】
スイッチング素子６５が「オフ」にされると、インダクタ６６の作用によりピエゾスタック５１から放電される電流は、ピエゾスタック５１、インダクタ６６、ダイオード６４１、バッファコンデンサ６３、抵抗６８およびダイオード６７１から形成される放電回路へ流れる。これにより、電気的なエネルギーがバッファコンデンサ６３に回収されつつ、放電回路を流れる電流は徐々に減少する。放電回路を流れる電流は抵抗６８に接続されている比較回路７２により検出され、放電回路を流れる電流値が「０」となった時点で比較回路７２からの出力が「０レベル」となる。ピエゾスタック５１の放電時、充電時とは電流の向きが逆であるため、比較回路７２からの出力も充電時とは逆となる。
【００４２】
比較回路７２から「０レベル」の信号が出力されると（Ｓ１１４）、制御回路７０は再びスイッチング素子６５を「オン」にし、Ｓ１０４で記憶された時間Ｔｉが経過するとスイッチング素子６５を「オフ」にする。この多重スイッチング動作は、ピエゾスタック５１の電圧が「０」とならない限り（Ｓ１１５）、制御回路７０から出力された駆動信号が「０レベル」となった時間からあらかじめ設定されている所定の時間Ｔｔが経過するまで継続される。すなわち、Ｓ１１１でカウントが開始されてから所定の時間Ｔｔが経過するまで、Ｓ１１２からＳ１１５の処理が繰り返される（Ｓ１１６）。所定の時間Ｔｔが経過すると、ピエゾスタック５１の放電段階が終了する。制御回路７０は、比較回路７２からの出力により所定の時間Ｔｔが経過する前にピエゾスタックの電圧が「０」となることを検出すると（Ｓ１１５）、スイッチング素子６５を「オフ」にし、放電段階を終了する（Ｓ１１７）。ピエゾスタック５１が放電されることにより、ピエゾアクチュエータ５０は縮小し、図３に示すピエゾピストン４２は図３の上方へ移動する。これにより、上記のように噴孔１２からの燃料の噴射が停止される。
【００４３】
ところで、エンジンから要求される燃料の噴射が近接多段噴射となると、ピエゾアクチュエータ５０が駆動される間隔が短くなる。この場合、放電段階が終了する前に制御回路７０から出力される駆動信号が「１レベル」となり、上述のように充放電時間を一定にしても充放電されるエネルギーを一定にした駆動が成立しなくなる。そこで、以下に、ピエゾスタック５１の放電段階の途中で駆動信号が「１レベル」となり充電段階へ移行する場合について説明する。
【００４４】
制御回路７０は、Ｓ１１２においてあらかじめ設定されている所定の時間Ｔｔが経過する前に駆動信号の「１レベル」を検出すると、制御フラグを「１レベル」とし、近接多段噴射へ移行し駆動間隔が短縮され放電段階の途中に充電段階へ移行したと判断する（Ｓ１２１）。しかし、放電段階においてインダクタ６６の作用により放電回路を流れる電流が「０」になるまで充電段階へ移行することができない。そのため、比較回路７２により検出される放電回路の電流値が「０」となるまで放電段階を継続する（Ｓ１２２）。制御回路７０は、比較回路７２の出力により放電回路の電流値が「０」となったことを検出すると、Ｓ１０６へ進みスイッチング素子６４をＳ１０４で記憶された時間Ｔｉだけ「オン」にし、充電電流が「０」となるまでスイッチング素子６４を「オフ」にするという充電段階を繰り返す。
【００４５】
制御フラグが「１レベル」のとき（Ｓ１０７）、ピエゾスタック５１の電圧は比較回路によりＳ１０４でサンプルホールド回路７５に記憶された電圧と比較される（Ｓ１２３）。そして、ピエゾスタック５１の電圧がサンプルホールド回路７５に記憶されている電圧に到達すると、比較回路７６の出力は「１レベル」となる。制御回路７０は、比較回路７６の「１レベル」が出力されると、ピエゾスタック５１の充電段階を終了する（Ｓ１１７）。
【００４６】
制御回路７０によりピエゾスタック５１の充電段階が終了されたとき、ピエゾスタック５１の電圧は前回の噴射時における電圧と概ね同一に制御されており、ピエゾスタック５１の静電容量が等しければピエゾスタック５１に充電された電気的エネルギーも等しくすることができる。
【００４７】
（第２実施例）
本発明の第２実施例によるピエゾアクチュエータ制御装置およびピエゾアクチュエータ制御方法について説明する。なお、第１実施例のピエゾアクチュエータ制御装置６０の駆動回路を構成する各素子には同一の符号を付している。
【００４８】
第２実施例では、図１に示すサンプルホールド回路７５に電圧を記憶するタイミングを、図６および図７に示すように充電段階の終了と同時としている。ピエゾスタック５１の充電段階が終了した後に発生するピエゾスタック５１の変位などによる仕事あるいは内部損失などが生じる場合、ピエゾスタック５１の充電段階の終了後、時間とともにピエゾスタック５１の電圧が低下する。そこで、サンプルホールド回路７５に電圧を記憶するタイミングを充電段階の終了と同時とすることにより、電圧低下の影響を受けることなく、ピエゾスタック５１への充電をする際において充電エネルギーの誤差を低減することができる。
【００４９】
（第３実施例）
本発明の第３実施例によるピエゾアクチュエータ制御装置６０およびピエゾアクチュエータ制御方法について説明する。なお、第１実施例のピエゾアクチュエータ制御装置６０の駆動回路を構成する各素子には同一の符号を付している。
【００５０】
第３実施例では、図１に示すサンプルホールド回路７５に記憶される電圧は、図８および図９に示すように損失分が補償されて記憶されている。第２実施例で説明したように、ピエゾスタック５１の充電の終了から所定の時間経過後にサンプルホールド回路７５においてピエゾスタック５１の電圧を記憶する場合、ピエゾスタック５１の電圧が低下する場合がある。
【００５１】
そのため、第３実施例では、損失により低下した電圧を上乗せした電圧値をサンプルホールド回路７５の出力として比較回路７６でピエゾスタック５１の電圧を検出している。したがって、ピエゾスタック５１の充電終了の損失により低下した電圧を補償した電圧によりピエゾスタック５１の電圧を比較することができ、ピエゾスタック５１への充電をする際において充電エネルギーの誤差を低減することができる。
【００５２】
（第４実施例）
本発明の第４実施例によるピエゾアクチュエータ制御装置およびピエゾアクチュエータ制御方法について説明する。なお、第１実施例と実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００５３】
第４実施例では、ピエゾスタック５１の放電段階の途中に充電段階へ切り替える制御が２回以上繰り返される場合について説明する。図１０は制御回路７０から３回の駆動信号が出力される場合を示している。ここで、制御回路７０から出力される１回目、２回目、３回目の駆動信号に対応する充電段階または放電段階を、それぞれ１回目、２回目、３回目の充電段階または放電段階とする。なお、ピエゾスタック５１の充電段階の動作手順および放電段階の動作手順は第１実施例と同一であるので説明を省略する。
【００５４】
第１実施例の場合、充電段階の終了はピエゾスタック５１の電圧が前回の充電段階の前すなわち前回の充電段階の終了時にサンプルホールド回路７５に記憶した電圧に到達した時点としている。すなわち、２回目の充電段階は、１回目の充電段階が終了した後にピエゾスタック５１の電圧として記憶された電圧に到達した時点で終了される。このとき、２回目の充電段階終了時におけるピエゾスタック５１の電圧にはサンプルホールド回路７５および比較回路７６の誤差が含まれている。そのため、さらに放電段階の途中に充電段階へ切り替えられる制御が継続された場合、例えば２回目の放電段階の途中で３回目の充電段階へ移行する場合、前回充電段階すなわち２回目の充電段階終了時のピエゾスタック５１の電圧を記憶することになる。このとき、３回目の充電段階終了時におけるピエゾスタック５１の電圧には２回目の充電終了時と同様のサンプルホールド回路７５および比較回路７６の誤差が含まれる。このように、放電段階の途中に充電段階に切り替えられる制御が繰り返される場合、誤差が増大することになる。
【００５５】
そこで、第４実施例では、放電段階の途中に充電段階へ切り替えられる制御が２回以上継続する場合、１回目の充電段階の終了時においてサンプルホールド回路７５に記憶した電圧値を２回目以降の充電段階の終了時における比較電圧として用いている。したがって、サンプルホールド回路７５および比較回路７６の誤差の影響が低減され、一定のエネルギーを正確にピエゾスタック５１へ充電することができる。
【００５６】
（第５実施例）
本発明の第５実施例によるピエゾアクチュエータ制御装置およびピエゾアクチュエータ制御方法について説明する。なお、第１実施例によるピエゾアクチュエータ制御装置の駆動回路を構成する各素子には同一の符号を付し、説明を省略している。
【００５７】
図１１に示すように、第５実施例によるピエゾアクチュエータ制御装置８０の駆動回路にはピエゾスタック５１の放電または充電が開始されてからの時間を計測する期間計測手段としての時間計測回路７７が接続され、サンプルホールド回路は接続されていない。制御回路８１は、ＥＣＵ７から入力された指令に基づいて駆動信号を出力し、駆動信号に基づいて各部を所定のシーケンスにしたがって制御する。
【００５８】
第５実施例によるピエゾアクチュエータ制御装置８０の駆動回路の作動について説明する。
ピエゾアクチュエータ制御装置８０の作動にともなう各部の波形を図１２に示し、ピエゾアクチュエータ制御装置８０によるピエゾアクチュエータ駆動方法のフローを図１３に示す。
制御回路８１から出力された駆動信号の立ち上がりエッジが検出され駆動信号が「１レベル」となると（Ｓ５０１）、充電段階が開始される。充電段階（Ｓ５０２〜Ｓ５０８）は第１実施例と同一であるので説明を省略する。
【００５９】
制御回路８１から出力された駆動信号の立ち下がりエッジが検出され駆動信号が「０レベル」となると（Ｓ５０１）、放電段階が開始されると同時に時間計測回路７７により駆動信号が「０レベル」となってからの時間がカウントされる（Ｓ５１１）。制御回路８１は、放電段階中に駆動信号の「１レベル」が検出されたか、すなわち放電段階の途中に充電段階へ移行したか否かを判断する（Ｓ５１２）。駆動信号の「１レベル」が検出されない場合、制御回路８１は放電用のスイッチング素子６５を「オン」にする。スイッチング素子６５が「オン」されると、ピエゾスタック５１、インダクタ６６、スイッチング素子６５、抵抗６８およびダイオード６７１から形成される放電回路に放電電流が流れる。Ｓ５０４で記憶されている時間Ｔｉに対応する間、スイッチング素子６５は「オン」にされ、時間Ｔｉが経過するとスイッチング素子６５は「オフ」にされる（Ｓ５１３）。
【００６０】
スイッチング素子６５が「オフ」にされると、インダクタ６６の作用によりピエゾスタック５１から放電される電流は、ピエゾスタック５１、インダクタ６６、ダイオード６４１、バッファコンデンサ６３、抵抗６８およびダイオード６７１から形成される放電回路へ流れる。これにより、電気的なエネルギーがバッファコンデンサ６３に回収されつつ、放電回路を流れる電流は徐々に減少する。放電回路を流れる電流は抵抗６８に接続されている比較回路７２により検出され、放電回路を流れる電流値が「０」となった時点で比較回路７２からの出力が「０レベル」となる。ピエゾスタック５１の放電時、充電時とは電流の向きが逆であるため、比較回路７２からの出力も充電時とは逆となる。
比較回路７２から「０レベル」の信号が出力されると（Ｓ５１４）、時間計測回路７７へ比較回路７２からの出力信号が入力されるごとに、時間計測回路７７は放電が開始されてからの時間を更新しながら記憶する（Ｓ５１５）。
【００６１】
また、比較回路７２から「０レベル」の信号が出力されると、制御回路８１は再びスイッチング素子６５を「オン」にし、Ｓ５０４で記憶された時間Ｔｉが経過するとスイッチング素子６５を「オフ」にする。この多重スイッチング動作は、ピエゾスタック５１の電圧が「０」とならない限り（Ｓ５１６）、制御回路８１から出力された駆動信号が「０レベル」となった時間からあらかじめ設定されている所定の時間Ｔｔが経過するまで継続される。すなわち、Ｓ５１１でカウントが開始されてから所定の時間Ｔｔが経過するまで、Ｓ５１２からＳ５１６の処理が繰り返される（Ｓ５１７）。所定の時間Ｔｔが経過すると、ピエゾスタック５１の放電段階が終了する。ピエゾスタック５１の充電時または放電時におけるピエゾスタック５１の電気的なエネルギーの時間的変化は、図１２に示すように時間に対し概ね直線的な変化となる。
制御回路８１は、比較回路７２からの出力により所定の時間Ｔｔが経過する前にピエゾスタック５１の電圧が「０」となることを検出すると（Ｓ５１６）、スイッチング素子６５を「オフ」にし、放電段階を終了する（Ｓ５１８）。
【００６２】
ところで、エンジンから要求される燃料の噴射が近接多段噴射となると、ピエゾアクチュエータ５０が駆動される間隔が短くなる。この場合、放電段階が終了する前に制御回路８１から出力される駆動信号が「１レベル」となり、上述のように充放電時間を一定にしても充放電されるエネルギーを一定にした駆動が成立しなくなる。そこで、以下に、ピエゾスタック５１の放電段階の途中で駆動信号が「１レベル」となり充電段階へ移行する場合について説明する。
【００６３】
制御回路８１は、Ｓ５１２においてあらかじめ設定されている所定の時間Ｔｔが経過する前に駆動信号の「１レベル」を検出すると、制御フラグを「１レベル」とし、近接多段噴射へ移行し駆動間隔が短縮され放電段階の途中に充電段階へ移行したと判断する（Ｓ５２１）。しかし、放電段階においてインダクタ６６の作用により放電回路を流れる電流が「０」になるまで充電段階へ移行することができない。そのため、比較回路７２により検出される放電回路の電流値が「０」となるまで放電段階を継続する（Ｓ５２２）。制御回路８１は、比較回路７２の出力により放電回路の電流値が「０」となったことを検出すると、ピエゾスタック５１の放電が開始されてからＳ５２２において放電回路の電流が「０」となるまでの放電時間Ｔｄを時間計測回路７７から読み取り、充電段階へ移行する。そして、Ｓ５０６へ進み、制御回路８１はスイッチング素子６４をＳ５０４で記憶された時間Ｔｉだけ「オン」にし、充電電流が「０」となるまでスイッチング素子６４を「オフ」にするという充電段階を繰り返す。このとき、充電段階を継続する時間は、あらかじめ設定されている所定の時間Ｔｔではなく、時間計測回路７７により計測され更新されているピエゾスタック５１の放電時間Ｔｄとする。
【００６４】
以上のように、第５実施例では、ピエゾスタック５１の充電時または放電時におけるエネルギーの変化は時間に対して直線的であることから、ピエゾスタック５１の充電段階では放電段階において放電されたエネルギーに対応するエネルギーが充電されている。したがって、ピエゾスタック５１の放電段階の途中に充電段階へ切り替えられる場合でも、ピエゾスタック５１に充電されるエネルギーを概ね同一に制御することができる。
【００６５】
（第６実施例）
本発明の第６実施例によるピエゾアクチュエータ制御装置およびピエゾアクチュエータ制御方法について説明する。なお、第５実施例によるピエゾアクチュエータ駆動回路を構成する各素子には同一の符号を付し、説明を省略している。
【００６６】
第６実施例では、図１４および図１５に示すようにピエゾスタック５１の充電時間Ｔｄには損失分が補償するための充電時間Ｔｄ１が加算されている。充電時間Ｔｄ１を加算した充電時間Ｔｄ＋Ｔｄ１に応じてピエゾスタック５１に充電を実施することにより、ピエゾスタック５１の充電終了後における伸びなどの仕事あるいは内部損失などにより低下したエネルギーを補償することができる。したがって、ピエゾスタック５１への充電をする際において充電エネルギーの誤差を低減することができる。
【００６７】
（第７実施例）
本発明の第７実施例によるピエゾアクチュエータ制御装置およびピエゾアクチュエータ制御方法について説明する。なお、第１実施例によるピエゾアクチュエータ制御装置の駆動回路を構成する各素子には同一の符号を付し、説明を省略している。
【００６８】
図１６に示すように、第７実施例によるピエゾアクチュエータ制御装置９０の駆動回路にはピエゾスタック５１の充電または放電が開始されてからの時間を計測する時間計測回路７８が接続されている。制御回路９１は、ＥＣＵ７から入力された指令に基づいて駆動信号を出力し、駆動信号に基づいて各部を所定のシーケンスにしたがって制御する。
【００６９】
図１７は同一のパルス幅の駆動信号の波形において噴射間隔を短縮した場合の各部の波形図である。制御回路９１から同一のパルス幅Ｔ１の駆動信号を出力した場合、放電段階の途中に充電段階へ移行する。そのため、前回の放電段階後にはピエゾスタック５１にエネルギーが残存する。これにより、ピエゾスタック５１が所定のエネルギーとなるまで充電するために要する時間は放電段階の時間Ｔｄと等しくなる。このピエゾスタック５１が所定のエネルギーとなるまでに要する時間は通常の充電段階に要する時間よりも短くなる。このとき、ピエゾスタック５１の電圧およびエネルギーの平坦部、すなわち充電段階が終了してから放電段階が開始されるまでの時間は、前回の放電段階前における当該時間Ｔｅ１と今回の充電段階終了後の当該時間Ｔｅ２とではＴｅ１＜Ｔｅ２の関係となる。その結果、今回のピエゾスタック５１の放電段階にともなう燃料の噴射率は図１７に示すように変化し、後の噴射では噴射量が増大するおそれがある。
そこで、第７実施例ではパルス幅を補正することにより噴射量の増大を抑制している。
【００７０】
第７実施例によるピエゾアクチュエータ制御装置９０の駆動回路の作動について説明する。
ピエゾアクチュエータ制御装置９０の作動にともなう各部の波形を図１８に示し、ピエゾアクチュエータ制御装置９０によるピエゾアクチュエータ駆動方法のフローを図１９に示す。
【００７１】
制御回路９１から出力された駆動信号の立ち上がりまたは立ち下がりのエッジの検出（Ｓ７０１）、充電段階（Ｓ７０２〜Ｓ７０８）ならびに放電段階（Ｓ７１１〜Ｓ７１７）は上記の複数の実施例と同一であるので説明を省略し、ピエゾスタック５１の放電段階の途中で駆動信号が「１レベル」となり充電段階へ移行する場合について説明する。
【００７２】
制御回路９１は、Ｓ７１２においてあらかじめ設定されている所定の時間Ｔｔが経過する前に駆動信号の「１レベル」を検出すると、制御フラグを「１レベル」とし、近接多段噴射へ移行し駆動間隔が短縮され放電段階の途中に充電段階へ移行したと判断する（Ｓ７２１）。しかし、放電段階においてインダクタ６６の作用により放電回路を流れる電流が「０」になるまで充電段階へ移行することができない。そのため、比較回路７２により検出される放電回路の電流値が「０」となるまで放電段階を継続する（Ｓ７２２）。制御回路９１は、比較回路７２の出力により放電回路の電流値が「０」となったことを検出すると、時間計測回路７８により時間Ｔｔ２の計測を開始するとともに充電段階へ移行する。そして、Ｓ７０６へ進み、制御回路９１はスイッチング素子６４をＳ５０４で記憶された時間Ｔｉだけ「オン」にし、充電電流が「０」となるまでスイッチング素子６４を「オフ」にするという充電段階を繰り返す。このとき、比較回路７６によりピエゾスタック５１の電圧はＳ７０４においてサンプルホールド回路７５に記憶されている電圧と比較される。そして、ピエゾスタック５１の電圧がサンプルホールド回路７５に記憶されている電圧に到達した時点で比較回路７６の出力は「１レベル」となる。比較回路７６から「１レベル」の信号が出力されると、制御回路９１は充電段階を終了し、これと同時に時間計測回路７８は時間Ｔｔ２の計測を停止する。
【００７３】
この時点においてピエゾスタック５１の電圧は前回の噴射時における電圧とほぼ同一の電圧に制御されている。そのため、ピエゾスタック５１の静電容量が同一である場合、ピエゾスタック５１には前回の充電段階の終了時におけるエネルギーと同一のエネルギーが充電されたことになる。このとき、この充電段階の時間Ｔｔ２はあらかじめ設定されている所定時間Ｔｔよりも短い。そのため、制御回路９１はＴｔとＴｔ２との差分だけ放電開始の時間を短く補正し、駆動信号のパルス幅をＴ２に補正する。この結果、ピエゾスタック５１の電圧およびエネルギーの平坦部における時間はＴｅ１として一定となり、噴射ごとに噴射量が変化することを防止できる。
【００７４】
また、異なるパルス幅の駆動信号が入力される場合でも、放電段階の途中で充電段階へ移行する場合はピエゾスタック５１に残存するエネルギーにより充電段階に必要な時間が短くなることには変わりない。そのため、上記と同様にパルス幅を補正することにより噴射量を適正に制御することができる。
【００７５】
（第８実施例）
本発明の第８実施例によるピエゾアクチュエータ制御装置の作動について説明する。なお、第７実施例によるピエゾアクチュエータ制御装置の駆動回路を構成する各素子には同一の符号を付し、説明を省略している。
【００７６】
図２０は制御回路９１から出力される駆動信号のパルス間隔が放電段階の時間よりも長い場合、すなわち放電段階の途中で充電段階に移行する制御をしない場合における各部の波形図である。充電段階および放電段階の時間を１５０μｓ（マイクロ秒）とし、駆動信号の間隔を２００μｓとしている。駆動信号の間隔は放電段階の時間よりも長いので、放電段階の開始から次回の充電段階の終了までの時間は、２００μｓ＋１５０μｓ＝３５０μｓとなる。
【００７７】
ここで、駆動信号の間隔を短縮し、放電段階の開始から次回の充電段階の終了までの時間を１１０μｓ短縮することを目標とする場合について説明する。通常であれば、図２１に示すように駆動信号の間隔を１１０μｓ短縮し９０μｓの間隔にすれば、上記の条件に設定することが可能と思われる。しかし、９０μｓは放電段階として必要な１５０μｓよりも短くなる。すなわち、ピエゾスタック５１は放電段階の途中で充電段階へ移行する制御となる。そのため、放電段階の開始から充電段階の終了までの時間は１８０μｓとなる。その結果、初期設定のように駆動信号の間隔が２００μｓのとき、放電段階の開始から充電段階の終了までの時間３５０μｓに比較して１７０μｓの短縮となり、目標である１１０μｓの短縮よりも大幅な短縮となっている。これにより、実際の燃料の噴射間隔も短縮され、燃料の噴射タイミングが所定の時期よりもずれるという結果を招く。
【００７８】
そこで、図２２に示すように、駆動信号の間隔を補正することにより目標とする駆動信号の間隔の短縮を図る。この手法による補正は、ＥＣＵ７から制御回路９１へ入力される駆動信号の間隔が放電段階の時間よりも短い場合に有効である。
ＥＣＵ７から制御回路９１へ入力される噴射信号の間隔をＴａとし、放電段階の時間をＴｄとすると、補正する駆動信号の間隔Ｔｂは次式で表される。
Ｔｂ＝（Ｔａ＋Ｔｄ）／２
【００７９】
図２２に示す例の場合、Ｔａ＝９０μｓ、Ｔｄ＝１５０μｓであるため、Ｔａ＜Ｔｄとなり上記の補正による制御が有効となる。したがって、Ｔｂ＝１２０μｓとなる。補正後の駆動信号の間隔Ｔｂが１２０μｓであり、これは放電段階の途中で充電段階へ切り替えられる制御となる。そのため、放電段階と充電段階に要する時間はそれぞれ１２０μｓとなる。その結果、放電段階の開始から充電段階の終了までの時間は２４０μｓとなる。これは、駆動信号の間隔が２００μｓである場合における放電段階の開始から充電段階の終了までの時間３５０μｓに比較して１１０μｓの短縮となる。したがって、当所の駆動信号の間隔２００μｓから９０μｓへの短縮分に相当する１１０μｓと等しい時間に補正することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例によるピエゾアクチュエータ制御装置の駆動回路を示す模式図である。
【図２】本発明の第１実施例によるピエゾアクチュエータ制御装置を適用した燃料噴射制御システムを示す模式図である。
【図３】本発明の第１実施例によるピエゾアクチュエータ制御装置を適用したインジェクタを示す模式的な断面図である。
【図４】本発明の第１実施例によるピエゾアクチュエータ制御装置の作動にともなう各部の波形を示す模式図である。
【図５】本発明の第１実施例によるピエゾアクチュエータ駆動方法の流れを示すフロー図である。
【図６】本発明の第２実施例によるピエゾアクチュエータ制御装置の作動にともなう各部の波形を示す模式図である。
【図７】本発明の第２実施例によるピエゾアクチュエータ駆動方法の流れを示すフロー図である。
【図８】本発明の第３実施例によるピエゾアクチュエータ制御装置の作動にともなう各部の波形を示す模式図である。
【図９】本発明の第３実施例によるピエゾアクチュエータ駆動方法の流れを示すフロー図である。
【図１０】本発明の第４実施例によるピエゾアクチュエータ制御装置の作動にともなう各部の波形を示す模式図であって、制御回路から３回駆動信号が出力される場合の波形を示す図である。
【図１１】本発明の第５実施例によるピエゾアクチュエータ制御装置の駆動回路を示す模式図である。
【図１２】本発明の第５実施例によるピエゾアクチュエータ制御装置の作動にともなう各部の波形を示す模式図である。
【図１３】本発明の第５実施例によるピエゾアクチュエータ駆動方法の流れを示すフロー図である。
【図１４】本発明の第６実施例によるピエゾアクチュエータ制御装置の作動にともなう各部の波形を示す模式図である。
【図１５】本発明の第６実施例によるピエゾアクチュエータ駆動方法の流れを示すフロー図である。
【図１６】本発明の第７実施例によるピエゾアクチュエータ制御装置の駆動回路を示す模式図である。
【図１７】比較のために同一のパルス幅の駆動信号の波形において噴射間隔を短縮した場合の各部の波形を示す模式図である。
【図１８】本発明の第７実施例によるピエゾアクチュエータ制御装置の作動にともなう各部の波形を示す模式図である。
【図１９】本発明の第７実施例によるピエゾアクチュエータ駆動方法の流れを示すフロー図である。
【図２０】比較のために放電段階の途中で充電段階に移行する制御をしない場合における各部の波形を示す模式図である。
【図２１】比較のために駆動信号の間隔を１１０μｓ短縮し９０μｓの間隔したときの各部の波形を示す模式図である。
【図２２】本発明の第８実施例によるピエゾアクチュエータ制御装置により補正を実施した後の各部の波形を示す模式図である。
【図２３】従来のピエゾアクチュエータ制御装置の駆動回路を示す模式図である。
【符号の説明】
１    インジェクタ（燃料噴射装置）
７    ＥＣＵ
１０    ハウジング本体（ハウジング）
１１    ノズルボディ（ハウジング）
１２    噴孔
３０    弁部材
４０    バルブ駆動部（駆動手段）
５０    ピエゾアクチュエータ
５１、７１    ピエゾスタック
６０、８０、９０    ピエゾアクチュエータ制御装置
７０、８１、９１    制御回路（制御手段）
７５    サンプルホールド回路（記憶手段）
７７、７８    時間計測回路（期間計測手段）
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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