(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧ポンプから圧送される高圧燃料を蓄える蓄圧室と、該蓄圧室内の高圧燃料を内燃機関の気筒に噴射するピエゾ駆動式のインジェクタと、機関の運転状態に応じて上記高圧ポンプと上記インジェクタの駆動を制御する制御部を備え、
上記インジェクタが、噴孔を開閉するノズルニードルと、上記蓄圧室から供給される燃料の圧力を上記ノズルニードルに作用させる制御室と、上記制御室とリーク流路の間を開閉することにより上記制御室の圧力を増減する制御弁と、電圧を印加することにより伸長して上記制御弁を開弁駆動し、充電された電圧を放電することにより収縮して上記制御弁を閉弁駆動するピエゾ駆動部とを有して、上記制御弁の駆動に伴い上記ノズルニードルが開弁して上記蓄圧室から供給される燃料を噴射する構成であり、
上記制御部が、内燃機関の運転状態に基づき、上記蓄圧室内の燃料圧力を低下させるべき減圧条件が成立しているか否かを判定する減圧判定手段と、
上記減圧判定手段により減圧条件が成立していると判定された時に、上記ピエゾ駆動部に通常噴射時より低い電圧を印加して上記制御弁を半開させ、上記蓄圧室から供給される燃料を上記リーク流路へ溢流させて上記蓄圧室内の燃料圧力を低下させる減圧手段と、
上記減圧手段により上記ピエゾ駆動部に印加される電圧を、上記制御弁がシート位置を離れかつ上記ノズルニードルが閉弁を維持するように上記蓄圧室内の燃料圧力に基づいて設定し、この設定電圧を、上記蓄圧室内の燃料圧力変化に応じて設定変更する印加電圧調整手段とを備えていることを特徴とする内燃機関の噴射制御装置。
【請求項２】
所定時期に上記蓄圧室内の燃料圧力を検出する圧力検出手段を設けるとともに、上記印加電圧調整手段による上記ピエゾ駆動部への印加電圧の設定変更を、上記圧力検出手段による燃料圧力の検出時期に同期して実施する請求項１記載の内燃機関の噴射制御装置。
【請求項３】
上記印加電圧調整手段による上記ピエゾ駆動部への印加電圧の設定変更を、所定時間毎に実施する請求項１記載の内燃機関の噴射制御装置。
【請求項４】
上記印加電圧調整手段が、上記ピエゾ駆動部に電圧を印加する際に上記ピエゾ駆動部へ流れる電流値を通常噴射時よりも低くする手段を有する請求項１記載の内燃機関の噴射制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関のコモンレール式燃料噴射装置に関し、詳しくは、ピエゾインジェクタを用いた燃料噴射装置の減圧機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼル機関のコモンレール式燃料噴射装置では、各気筒に共通の蓄圧室（コモンレール）を設けて、高圧ポンプから圧送される高圧燃料を蓄圧している。この装置では、コモンレール圧、水温、エンジン回転数といった機関の運転状態に応じて、高圧ポンプからコモンレールへの圧送量を調整し、コモンレールの燃料圧を目標圧力に制御するとともに、上記運転状態に基づいて燃料噴射量を算出し、所定のタイミングでインジェクタから各気筒に噴射供給している。この時、燃料噴射圧力（コモンレールの燃料圧）が適正でないと、燃費や排気浄化性能が低下したり、騒音等が発生する。これを防止するため、例えば、特開平２−１９１８６５号に記載されるような、燃料噴射圧力の調整手段を備えた装置が提案されている。
【０００３】
コモンレール圧の調整は、通常、昇圧時にはコモンレールへの圧送量を燃料噴射量より増量し、減圧時には燃料噴射量より減量ないし圧送を停止することによって行われる。ところが、例えば、急減速した後、再びアクセルを操作したり、機関の停止直後に再始動した場合には、燃料噴射が休止されて燃料が消費されないために、コモンレール圧が目標圧力まで低下せず、次の操作時に目標圧力より高い圧力の燃料が噴射されてしまう。これが上記不具合の原因になることから、特開平２−１９１８６５号の装置では、インジェクタを開閉する電磁弁を、電磁弁の開弁からノズルニードルが実際に噴孔を開放するまでの遅延時間（無効噴射期間）より短い時間幅で駆動する「空打ち」を行って減圧する。電磁弁の開弁により、コモンレール内の高圧燃料が低圧側へ溢流するので、燃料噴射を行うことなく、コモンレール圧を速やかに降下させることができる。
【０００４】
一方、インジェクタには、従来より特開平２−１９１８６５号の装置で使用しているようなソレノイド駆動式のインジェクタが使用されているが、近年、これに代えて、より応答性に優れるピエゾ駆動式のインジェクタを用いることが検討されている。ピエゾ駆動式のインジェクタは、インジェクタの開閉を、電圧の印加により伸縮する圧電素子を利用したピエゾ弁で行うもので、印加電圧に応じた伸縮量を速やかに発生して弁体を駆動させることができるため、燃料噴射の制御性を向上させることが期待される。
【０００５】
ところが、ピエゾ駆動式のインジェクタは、その特徴である高応答性のため、無効噴射期間がソレノイド駆動式のインジェクタに比べてはるかに短い。このため、無効噴射期間よりも短い時間幅でピエゾ弁を開閉動作させる「空打ち」駆動は実現困難であった。また、「空打ち」駆動では、大量のリークが難しいことから、コモンレール等の高圧部に燃料逃がし弁を設置する技術も知られるが、燃料逃がし弁を新設する必要があり、搭載性およびコスト面で不利であった。
【０００６】
そこで、ピエゾ駆動式のインジェクタを用いて、コモンレール圧の減圧調整を行う手段として、ピエゾアクチュエータへ注入する電気エネルギーを通常噴射時より低く設定し、ピエゾアクチュエータの伸長に伴い変位する弁体の開度を半開位置に調整することにより、噴射を発生させずに燃料のリークを発生させる方法が検討されている。この方法によれば、燃料逃がし弁を設置することなく、十分な減圧を得ることが期待できる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記方法では、弁体を所定の開度に調整するために、ピエゾアクチュエータの伸長量を数μｍの単位で調整することが要求される。しかも、弁体の位置は、ピエゾアクチュエータの発生力と弁体に作用する油圧、つまり、コモンレール圧のバランスで決まるため、燃料のリークに伴いコモンレール圧が低下すると、弁体に作用する力のバランスが変化して誤噴射を生じる等のおそれがあった。
【０００８】
本発明は上記実情に鑑みてなされたもので、ピエゾインジェクタを用いた燃料噴射装置において、コモンレール圧の減圧要求時に、弁体の開度を適切に調整して必要なリーク量を確保することができ、また、コモンレール圧の変化等により誤噴射等を生じることがなく、精度よい減圧を実施可能な燃料噴射装置を提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１の内燃機関の燃料噴射装置は、高圧ポンプから圧送される高圧燃料を蓄える蓄圧室と、該蓄圧室内の高圧燃料を内燃機関の気筒に噴射するピエゾ駆動式のインジェクタと、機関の運転状態に応じて上記高圧ポンプと上記インジェクタの駆動を制御する制御部を備えている。
上記インジェクタは、噴孔を開放するノズルニードルと、上記蓄圧室から供給される燃料の圧力を上記ノズルニードルに作用させる制御室と、上記制御室とリーク流路の間を開閉することにより上記制御室の圧力を増減する制御弁と、所定電圧を印加することにより伸長して上記制御弁を開弁駆動し、充電された電圧を放電することにより収縮して上記制御弁を閉弁駆動するピエゾ駆動部とを有して、上記制御弁の駆動に伴い上記ノズルニードルが開弁して上記蓄圧室から供給される燃料を噴射する構成であり、
上記制御部は、内燃機関の運転状態に基づき、上記蓄圧室内の燃料圧力を低下させるべき減圧条件が成立しているか否かを判定する減圧判定手段と、
上記減圧判定手段により減圧条件が成立していると判定された時に、上記ピエゾ駆動部に通常噴射時より低い電圧を印加して上記制御弁を半開させ、上記蓄圧室から供給される燃料を上記リーク流路へ溢流させて上記蓄圧室内の燃料圧力を低下させる減圧手段と
上記減圧手段により上記ピエゾ駆動部に印加される電圧を、上記制御弁がシート位置を離れかつ上記ノズルニードルが閉弁を維持するように上記蓄圧室内の燃料圧力に基づいて設定し、この設定電圧を、上記蓄圧室内の燃料圧力変化に応じて設定変更する印加電圧調整手段とを備えている。
【００１０】
本発明では、上記印加電圧調整手段により、減圧要求時に上記ピエゾ駆動部に印加する電圧を上記蓄圧室内の燃料圧力を基に設定し、かつ圧力変化に応じて適時設定変更されるようにしたので、上記減圧手段の作動に伴い上記蓄圧室内の燃料圧力が低下しても、上記制御弁を常に所定の半開位置に保持することができる。従って、誤噴射等を生じることなく、必要なリーク量を確保し、高精度な減圧制御を実施することができる。
【００１１】
請求項２の構成では、所定時期に上記蓄圧室内の燃料圧力を検出する圧力検出手段を設けるとともに、上記印加電圧調整手段による上記ピエゾ駆動部への印加電圧の設定変更を、上記圧力検出手段による燃料圧力の検出時期に同期して実施するものとする。
【００１２】
例えば、内燃機関のクランク角信号等に基づく所定のタイミングで燃料圧力を検出し、これに同期させて上記ピエゾ駆動部への印加電圧の設定値を変更するようにすれば、上記制御弁を、常に、上記蓄圧室内の燃料圧力に応じた最適な位置に調整することができ、上記減圧手段による減圧を効果的に行うことができる。
【００１３】
あるいは、請求項３のように、上記印加電圧調整手段による上記ピエゾ駆動部への印加電圧の設定変更を、所定時間毎に実施することもできる。このように、時間経過に伴い上記制御弁の位置が調整される場合には、減圧速度を内燃機関の回転数によらず一定にすることができる利点がある。
【００１４】
請求項４の構成では、上記印加電圧調整手段が、上記ピエゾ駆動部に電圧を印加する際に上記ピエゾ駆動部へ流れる電流値を通常噴射時よりも低くする手段を有するものとする。
【００１５】
例えば、複数スイッチング方式で上記ピエゾ駆動部に電圧を印加する場合、通電を数回に分けて行うが、所定の設定電圧に精度よく到達させるには、一回当たりの電圧上昇量が小さい方がよい。そこで、減圧要求時には、上記印加電圧調整手段によって、一回に通電される電流を通常噴射時よりも低く設定することで、より精度よく印加電圧を制御することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を多気筒ディーゼル機関（以下、エンジンと称する）のコモンレール式燃料噴射装置に適用した一実施の形態について説明する。図１（ａ）はコモンレール式燃料噴射装置の全体構成図で、エンジンの各気筒に燃料を噴射供給する複数のピエゾ駆動式のインジェクタ１（図にはその１つを示す）と、各インジェクタ１に供給される燃料を蓄圧する蓄圧室としてのコモンレール３と、コモンレール３に高圧燃料を圧送する高圧ポンプ６と、これらをエンジンの運転状態に応じて制御する制御部としての電子制御装置（以下、ＥＣＵと称する）５とを備えている。インジェクタ１は、高圧配管３１によってコモンレール３に、リーク配管４１によって燃料タンク７にそれぞれ連結している。また、コモンレール３は、高圧配管３２によって高圧ポンプ６に、リーク配管４２によって燃料タンク７にそれぞれ連結される。
【００１７】
図１（ｂ）は、インジェクタ１の詳細構成を示す図で、インジェクタ１のハウジング１１は、下半部内にシリンダ１２を設けてノズルニードル１３を摺動自在に収容しており、ノズルニードル１３が上方に移動するとハウジング１１下端の噴孔１４が開放されて燃料が噴射される。シリンダ１２上端部には、ノズルニードル１３に閉弁方向の圧力を与える制御室１５が形成されており、この制御室１５の圧力が増減するのに伴ってノズルニードル１３がシリンダ１２内を上下動する。また、制御室１５内には、ノズルニードル１３を閉弁方向に付勢するスプリング１７が配設されている。ノズルニードル１３は、下半部をやや小径としてシリンダ１２との間に燃料溜まり１６となる環状空間を形成しており、燃料溜まり１６内の燃料によって開弁方向の圧力を受けている。燃料溜まり１６は、高圧配管３１に接続される高圧流路３３に連通し、噴孔１４に燃料を供給する。
【００１８】
ハウジング１１の中間部内には、制御室１５の油圧を増減する制御弁としての３方弁８が設けられている。３方弁８は、上端部に低圧ポート８１を、下端部に高圧ポート８２を有する弁室８３内に、ボール状の弁体８４を配してなり、弁室８３は連通路８５を介して常時制御室１５と連通している。低圧ポート８１は、リーク配管４１に接続される低圧流路４３に、高圧ポート８２は高圧流路３３に連通しており、弁体８４のシート位置を切り換えることによって、制御室１５が低圧流路４３または高圧流路３３に連通する。すなわち、弁体８４が上方の低圧シート８１ａに着座して低圧ポート８１を閉鎖すると、高圧流路３３から弁室８３を介して流入する高圧燃料によって制御室１５の圧力が上昇し、弁体８４が下方の高圧シート８２ａに着座して高圧ポート８２を閉鎖すると、制御室１５から低圧流路４３に燃料が溢流して圧力が低下する。
【００１９】
３方弁８は、ハウジング１１の上半部内に収容されるピエゾ駆動部としてのピエゾアクチュエータ２によって駆動される。ピエゾアクチュエータ２は、平板状の圧電体を多数積層してなるピエゾスタック２１と、その下端面に当接してシリンダ２５内を摺動するピエゾピストン２２を備えている。ピエゾスタック２１は電荷の注入により伸長し、電荷の除去により収縮するもので、上端から延びるリード線２６を介してＥＣＵ５に接続される。ピエゾピストン２２は、下端面より突出するロッド２３を有し、ピエゾスタック２１の伸縮に伴いピエゾピストン２２が一体に上下動すると、ロッド２３が３方弁８の弁体８４を駆動する。ピエゾスタック２１の伸長量は印加電圧に比例するので、印加電圧を調整することによって弁体８４の位置を調整することができる。
【００２０】
図１（ｂ）は、ピエゾスタック２１が収縮し、ピエゾピストン２２とともに弁体８４が上昇して低圧ポート８１を閉鎖している初期状態を示し、制御室１５の圧力とスプリング１６の付勢力でノズルニードル１３が下降し、インジェクタ１は閉弁状態にある。なお、シリンダ２５の下端部内には、ロッド２３周りに皿ばね２４が配設されてピエゾピストン２２およびピエゾスタック２１を上方（収縮方向）に付勢している。
【００２１】
制御部であるＥＣＵ５は、図１（ａ）に示すように、エンジンを制御するためのプログラムを実行するＣＰＵと、ＣＰＵからの指令に応じて各インジェクタ１のピエゾアクチュエータ２や高圧ポンプ６等を駆動するコントローラ（制御回路）を有している。ＣＰＵには、クランク軸回転角度、エンジン回転数、アクセル開度、冷却水温等を検出する図略の各種センサ、およびコモンレール圧力を検出する圧力検出手段である圧力センサＳからの信号が入力され、これらセンサからの信号に基づいてエンジンの運転状態を検出する。そして、エンジンが最適な燃焼状態となるようにコモンレール３の目標圧力を算出し、この目標値と実際のコモンレール圧力が一致するように、高圧ポンプ６に圧送指令信号を出力して、公知のコモンレール圧力のフィードバック制御を行う。
【００２２】
一方、ＥＣＵ５は、上記検出した運転状態に基づき、所定のタイミングでインジェクタ１を駆動してエンジンへの燃料噴射を制御する。図２は、インジェクタ１を駆動するための制御ブロック図で、ＣＰＵには、通常の噴射駆動時における目標の燃料噴射量と噴射時期を算出して噴射信号を出力する噴射量・時期演算回路が設けられている。ＣＰＵから噴射信号が所定の時期に出力されると、コントローラの噴射弁通電処理回路を経由して所定のインジェクタ１が通電駆動され、エンジンの気筒に燃料を噴射する。この際、コントローラの充電電圧・充電電流可変回路は、インジェクタ１のピエゾアクチュエータ２へ充電される電圧値を設定し、さらに、設定電圧値に達するまでの時間を調整するために、一回の充電動作時に駆動回路からピエゾアクチュエータ２へ流れる電流値を設定する。
【００２３】
通常の噴射駆動時には、ピエゾアクチュエータ２の駆動からノズルニードル１３が開弁するに至るまでの無効噴射期間をできるだけ短くして速やかに燃料噴射が行われ、かつ噴射安定性が確保されるように、充電電圧値は十分に高く、かつ充電電流値は回路発熱による不具合を伴わない程度に高く設定される。噴射弁通電処理回路は、噴射信号に従ってピエゾアクチュエータ２への充電を開始し、充電電圧・充電電流可変回路で設定された電流で充電するとともに、設定された電圧で充電が完了するように通電を制御して、インジェクタ１を噴射駆動する。
【００２４】
さらに、ＥＣＵ５は、上記検出した運転状態に基づき、インジェクタ１の３方弁８を介して燃料を溢流させてコモンレール圧力の減圧制御を行う。コモンレール圧力の減圧制御では、ピエゾアクチュエータ２への印加電圧を調整してピエゾスタック２１の伸長量を、弁体８４が低圧ポート８１を半開する位置、すなわち低圧シート８１ａと高圧シート８２ａの中間位置となるように調整する。この時、低圧ポート８１と高圧ポート８２の両方が開放され、高圧流路３３と低圧流路４３が連通してコモンレール３の燃料が低圧流路４３に溢流するために、コモンレール３の圧力を低下させることが可能となる。
【００２５】
図２の制御ブロック図において、ＣＰＵには、コモンレール圧力を低下させるべき所定の減圧条件が成立しているか否かを判定し、減圧条件が成立している時にピエゾアクチュエータ２への印加電圧を調整して減圧を実行するために減圧信号を出力する減圧判定手段たる減圧判定回路が設けられている。減圧判定は、例えば、急減速時であれば、目標の燃料噴射量と実際のコモンレール圧力を基になされ、噴射量・時期演算回路で算出された目標の燃料噴射量がゼロ以下であり、かつ実際のコモンレール圧力が目標とするコモンレール圧力より高い時に、減圧条件が成立していると判定する。
【００２６】
減圧判定回路から減圧信号が出力されると、印加電圧調整手段となるコントローラの充電電圧、充電電流可変回路は、３方弁８の弁体８４が中間位置となるように、ピエゾアクチュエータ２へ充電される電圧と、駆動回路からピエゾアクチュエータ２へ流れる電流を設定する。ピエゾアクチュエータ２の充電電圧を０から徐々に上げていくと、ある電圧で３方弁８の弁体８４が低圧シート８１ａを離れて燃料リークが発生し、次いで、高圧シート８２ａに着座して制御室１５の圧力が十分低下すると、噴射が開始される。従って、減圧制御時には、３方弁８が低圧シート８１ａを離れかつノズルニードル１が閉弁を維持して、燃料リークのみが発生するように、充電電圧を通常噴射時より低く設定する。この電圧はコモンレール圧力を基に設定され、また、コモンレール圧力変化に応じて適時設定変更される。
【００２７】
減圧手段となる噴射弁通電処理回路は、減圧信号に従ってピエゾアクチュエータ２への充電を開始し、充電電圧・充電電流可変回路で設定された電流で充電するとともに、設定された電圧で充電が完了するように、通電を制御する。これにより、ピエゾスタック２１の伸長量が調整されて３方弁８を中間位置に保持し、コモンレール３の高圧燃料がリーク流路４３へ溢流して、コモンレール圧力が低下する。この制御の詳細は後述する。
【００２８】
図１の構成のインジェクタ１の作動を、図３のタイミングチャートを参照して説明する。図３の一点鎖線は通常の噴射駆動時、実線は減圧要求時の作動を示すものである。図１（ａ）において、コモンレール３から高圧配管３１を介してピエゾインジェクタ１に供給される高圧燃料は、高圧流路３３を経て燃料溜まり１６に流入する。同時に、高圧流路３３に連通する３方弁８の高圧ポート８２にも高圧燃料が流入する。ピエゾアクチュエータ２に電圧が印加されていない時（図３のＡの時点以前）、３方弁８の弁体８４は低圧シート８１ａに当接して、高圧ポート８２が開放されており（図１（ｂ）に示す状態）、高圧ポート８２から弁室８３および連通路８５を経て制御室１５に高圧燃料が流入して、制御室１５は高圧となっている。この状態では、ノズルニードル１３に加わる開弁方向の力（燃料溜まり１６の燃料圧力）より、閉弁方向の力（制御室１５の圧力とスプリング１６の付勢力）の方が大きいため、ノズルニードル１３はリフトせず、噴孔１４が閉鎖されて閉弁状態となるため、エンジンの気筒に燃料が噴射されることはない。
【００２９】
次に、ＥＣＵ５からの噴射信号（例えば矩形のパルス信号）により、ピエゾアクチュエータ２に電圧の印加が開始されると（図３のＡの時点）、ピエゾ電圧の上昇とともにピエゾスタック２１が伸長し、ピエゾピストン２２が下降して３方弁８の弁体８４を下方に移動させる。この際、図３に一点鎖線で示すように、ピエゾ電圧が上昇するのに伴い、まず弁体８４が上方の低圧シート８１ａから離れて低圧ポート８１を開放し、次いで、下方の高圧シート８２ａに着座して高圧ポート８２を閉鎖する。そして、制御室１５の高圧燃料が低圧ポート８１から低圧流路４３へ溢流するのに伴い、制御室１５の圧力が徐々に低下し、燃料溜まり１６の開弁方向の燃料圧力が、制御室１５とスプリング１６による閉弁方向の力を上回ると、ノズルニードル１３がリフトを開始する（図３のＣの時点）。すなわち、インジェクタ１は開弁状態となり、燃料溜まり１６と噴孔１４が連通してエンジンの気筒に燃料が噴射される。
【００３０】
その後、ＥＣＵ５によりピエゾアクチュエータ２に印加されていた電圧を放出すると（図３のＤの時点）、ピエゾスタック２１が収縮し、ピエゾピストン２２および３方弁８の弁体８４が上昇する。そして、弁体８４が下方の高圧シート８２ａから離れて高圧ポート８１を開放し、次いで、上方の低圧シート８１ａに着座して低圧ポート８１を閉鎖することにより、制御室１５に再び高圧燃料が流入し、圧力が徐々に上昇する。そして、制御室１５とスプリング１６による閉弁方向の力が、燃料溜まり１６の開弁方向の燃料圧力を上回ると、ノズルニードル１３が下降を開始し、噴孔１４が閉鎖されてインジェクタ１は閉弁状態に戻る。
【００３１】
ここで、上記インジェクタ１構成では、弁体８４がリフトを開始することによって（図３のＢの時点）、制御室１５の圧力が低下し始めるが、ノズルニードル３７がリフトを開始する圧力に到達させるには（図３のＣの時点）、さらにピエゾ電圧を上昇させる必要がある。言い換えれば、ピエゾ電圧を調整することによって、弁体８４のリフト位置を調整し、制御室１５をノズルニードル３７がリフトを開始する圧力、すなわち噴射開始圧より高く保持することが可能となる。
【００３２】
そこで、本発明では、図３に実線で示すように、ＥＣＵ５の充電電圧、充電電流可変回路で設定されるピエゾアクチュエータ２への充電電圧（ピエゾ電圧の最高値）を、通常噴射時より低く設定する。ＥＣＵ５からの減圧信号により、電圧印加が開始されると（図３のＡの時点）、ピエゾ電圧の上昇とともにピエゾスタック２１が伸長するが、ピエゾスタック２１の伸長量すなわちピエゾピストン２２の下降量が、通常噴射時より小さくなるために、３方弁８の弁体８４は上方の低圧シート８１ａと下方の高圧シート８２ａの中間位置に保持される。
【００３３】
この時、高圧ポート８２から弁室８３に流入する高圧燃料が、直接、低圧ポート８１を経て低圧流路４３へ溢流するために、コモンレール３の圧力を低下させることができる。一方、３方弁８の弁体８４と低圧シート８１ａの間隔が、通常噴射時より狭くなり、制御室１５からの高圧燃料の溢流が制限される。従って、制御室１５の圧力は噴射開始圧まで低下せず、ノズルニードル３７がリフトしないために、噴射が生じることはない。
【００３４】
ここで、図１（ｂ）において、３方弁８の弁体８４は、ピエゾスタック２１からピエゾピストン２２を介して下向きの力を、弁室８３内の高圧燃料から上向きの力を受けており、これらの力のバランスによって、その位置が決定される。弁室８３に流入する高圧燃料の圧力は、コモンレール３の圧力に等しいため、弁体８４に上向きに作用する力はコモンレール圧力によって変化し、これに伴い弁体８４を中間位置に保持するためのピエゾアクチュエータ２の充電電圧も変化することになる。この関係を図４に示す。
【００３５】
図４は、弁体８４が低圧シート８１ａを離れるのに必要な充電電圧（リーク開始電圧）と、ノズルニードル３７が閉弁を保持可能な最大電圧（無噴射限界電圧）を示しており、いずれもコモンレール圧力とほぼ比例して上昇する。従って、減圧要求時には、まず、圧力センサＳでコモンレール圧力を検出し、検出されたコモンレール圧力におけるリーク開始電圧と無噴射限界電圧の間となるように、ピエゾアクチュエータ２の充電電圧を設定する。さらに、コモンレール圧力の低下とともに、リーク開始電圧と無噴射限界電圧も低下することから、ピエゾアクチュエータ２の設定電圧を一定としたままでは、弁体８４に上向きに作用する力が低減していくために、力のバランスが変化する。このため、弁体８４が下方に移動し、最終的には高圧シート８２ａに当接して誤って噴射が生じてしまうことになる。
【００３６】
そこで、本発明では、コモンレール圧力を適時検出し、検出結果に応じて、図４に△で示すように、ピエゾアクチュエータ２の設定電圧を変更することを繰り返す。これにより、常に、弁体８４を低圧シート８１ａと高圧シート８２ａの間に位置させ、誤噴射を生じることなく、コモンレール圧力の減圧制御を可能にする。
【００３７】
図５は、ＥＣＵ５の充電電圧・充電電流可変回路にて実施される充電電圧の設定変更方法の一例を示すタイミングチャートで、減圧制御開始前後のコモンレール圧力と充電電圧の関係を示している。通常の噴射制御時においては、ピエゾアクチュエータ２への充電電圧は、弁体８４が高圧シート８２ａを確実に密着させるに十分な電圧Ｖ0 に設定される。噴射弁通電処理回路は、噴射量・時期演算回路から所定の時期に出力される噴射信号に従って、ピエゾスタック２１に充電・放電を実施する。これを噴射毎に繰り返す。その間、コモンレール３には、高圧ポンプ６から必要な量の高圧燃料が圧送され、コモンレール圧力（図中実線）は所定の目標圧力（図中二点鎖線）に維持される。
【００３８】
次に、減圧判定手段により減圧信号が出力されると（図中、矢印）、まず、圧力センサＳによりコモンレール圧力が検出され、その検出値から、予め決められたコモンレール圧力と充電電圧の関係（例えば図４の特性図）を基に、減圧に最適なピエゾアクチュエータ２の充電電圧を決定する。噴射弁通電処理回路は、これに従って、ピエゾスタック２１の充電・放電を実施する。減圧制御は、例えば、通常の噴射間隔と同様にエンジンの回転に同期して実施される。そして、次の減圧信号が出力されると、再度コモンレール圧力が検出され、この検出値に基づいてピエゾアクチュエータ２の充電電圧が設定変更されて、ピエゾスタック２１の充電／放電を実施する。これをコモンレール圧力が目標圧力となるまで繰り返す。
【００３９】
なお、ここでは、減圧制御の間隔を、通常の噴射間隔と同様にエンジンの回転に同期したものとして説明したが、一定時間間隔で実施してももちろんよい。この場合には、コモンレール３の減圧速度を、エンジンの運転状態によらず一定にできるという特徴がある。
【００４０】
また、圧力センサＳにより実際のコモンレール３の圧力を検出し、これを基にピエゾアクチュエータ２の充電電圧を設定しているが、実際には、インジェクタ１の摺動部等から静的リークが生じるため、減圧制御時の燃料リーク量から計算によって求めた減圧量によって、圧力を補正することもできる。これによって、弁体８４へ上向きに加わる高圧燃料の作用力をより精度よく推定し、誤噴射を確実に防止して、制御性を向上させることができる。
【００４１】
図６はＥＣＵ５の充電電圧・充電電流可変回路における充電電流の設定方法を説明するもので、実線は通常噴射時の噴射パルスと、ピエゾアクチュエータ２の充電電圧、電圧を印加するための充電電流の関係を示す。ピエゾアクチュエータ２への通電は、通常、電圧昇圧回路（ＤＣ−ＤＣ）と、充電用スイッチング素子、放電用スイッチング素子を備える駆動回路によって、充放電を複数回のスイッチングで段階的に行う複数スイッチング方式で実施される。電圧昇圧回路（ＤＣ−ＤＣ）は、バッテリの電圧を所定の電圧に昇圧させるもので、電圧昇圧回路によって高電圧に変換されたエネルギーはコンデンサに蓄えられる。そして、充電用スイッチング素子をオンオフを所定回数繰り返すことによって、コンデンサから充電用スイッチング素子を介してピエゾスタック２１への充電が行われる。
【００４２】
この時、充電用スイッチング素子をオンオフする度に、所定の充電電流が流れ、ピエゾアクチュエータ２の充電電圧が段階的に上昇して、所定の設定電圧に到達する。ここで、ピエゾアクチュエータ２の充電電圧は、１回当たりの充電量と充電回数の積であり、充電電圧の分解能は、一回当たりの充電量で決まる。充電電圧を精度よく制御するためには、充電電圧の分解能が高い方がよく、これを達成するには、充電電流を下げて一回当たりの充電量を下げればよい。特に、減圧制御時においては、図４で示した通り、通常噴射時に比べて充電電圧の設定可能領域が狭いため、この分解能を上げる必要がある。ところが、通常噴射時には、充電量を下げることにより充電回数が増え、設定電圧に達するのに要する時間が延びるため、噴射パルスの立ち上がりと、実際にピエゾスタック２１が噴射可能な伸長量に達する時期との差（無効噴射期間）が大きくなって、噴射性能（応答性）を損なう不具合がある。
【００４３】
これを避けるため、本発明では、図６に示すように、減圧制御時にのみ、充電電流を低くして一回当たりの充電量を下げ、充電電圧の分解能を上げる。通常噴射時には、無効噴射期間が短くなるように充電電流を高くして一回当たりの充電量を大きくする。これにより、通常噴射時の噴射性能を確保しつつ、減圧制御時の分解能を高くして、誤噴射等を防止し、コモンレール圧の制御性をより向上させることができる。
【００４４】
上記実施の形態では、減圧判定条件を、例えば急減速により、燃料噴射量＜０でかつ実際のコモンレール圧力＞目標コモンレール圧力となった場合としたが、高負荷運転後にエンジンを再始動させたり、スタータスイッチのオン・オフを繰り返すことにより、コモンレール３内の圧力が必要以上に高くなった場合に、本発明を適用してももちろんよい。この場合には、コモンレール３内の燃料圧力を低下させるべき減圧条件として、例えば、イグニッションスイッチやスタータスイッチがオン状態からオフ状態となったことを確認すればよく、同様にして減圧制御を行うことでコモンレール３内の圧力を効率よく低減することができる。
【００４５】
また、上記実施の形態では、制御弁として３方弁を用いたが、２方弁としてももちろんよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は第１の実施の形態の燃料噴射装置の全体構成図、（ｂ）はインジェクタの概略構成を示す断面図である。
【図２】ＥＣＵによる制御のブロック図である。
【図３】噴射駆動時と減圧制御時とインジェクタの作動を説明するためのタイミングチャートである。
【図４】コモンレール圧と充電電圧の関係を示す図である。
【図５】ＥＣＵによる充電電圧の制御の一例を示すタイミングチャートである。
【図６】充電電流と充電電圧の関係を示す図である。
【符号の説明】
１  インジェクタ
１３  ノズルニードル
１４  噴孔
１５  制御室
２  ピエゾアクチュエータ（ピエゾ駆動部）
３  コモンレール（蓄圧室）
３３  高圧流路
４３  低圧流路（リーク流路）
５  ＥＣＵ（制御部）
６  高圧ポンプ
７  燃料タンク
８  ３方弁（制御弁）
【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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