(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の燃料噴射装置のインジェクタに用いられるピエゾアクチュエータに設けられたピエゾスタックに直流電源からインダクタを介して通電する第１の通電経路を有し、該通電経路には、その途中に設けられてオンオフを繰り返すスイッチング素子のオン期間に漸増する充電電流を流し、
前記直流電源および前記スイッチング素子をバイパスしてインダクタからピエゾスタックに通電する第２の通電経路を有し、該通電経路には、前記スイッチング素子のオフ期間に漸減する充電電流をフライホイール作用で流し、
前記充電電流が繰り返し所定のピーク値をとるように前記スイッチング素子のオンオフを制御するとともに、前記ピエゾスタックの充電量が、外部からの入力で設定された目標充電量に達すると前記スイッチング素子をオフに固定する制御手段とを具備する複数スイッチング方式のピエゾアクチュエータ駆動回路において、
前記制御手段を、目標充電量が小さいほど、前記スイッチング素子の前記オン期間の長さが短くなり、前記オン期間から前記オフ期間に切り換えるタイミングが、前記ピーク値が小さくなるタイミングとなるように設定したことを特徴とするピエゾアクチュエータ駆動回路。
【請求項２】
請求項１記載のピエゾアクチュエータ駆動回路において、前記制御手段は、充電電流に応じた第１の信号と、前記ピーク値を規定する前記目標充電量に応じた第２の信号とを比較する比較手段と、
第１の信号が第２の信号に達すると、前記スイッチング素子をオンする制御信号の出力を禁止して前記オフ期間に切り換える制御信号出力禁止手段とを具備する構成としたピエゾアクチュエータ駆動回路。
【請求項３】
請求項１記載のピエゾアクチュエータ駆動回路において、前記制御手段は、前記オン期間の経過時間に応じて上昇する第１の信号を発生する信号発生手段と、
第１の信号と、前記ピーク値を規定する前記目標充電量に応じた第２の信号とを比較する比較手段と、
第１の信号が第２の信号を越えると、前記スイッチング素子をオンする制御信号の出力を禁止して前記オフ期間に切り換える制御信号出力禁止手段とを具備する構成としたピエゾアクチュエータ駆動回路。
【請求項４】
コモンレールから供給される高圧の燃料の噴射用のノズル部と、
燃料の噴射と停止とを切り換える弁体であって、その開閉作動用として前記高圧燃料の圧力が作用する弁体と、
前記高圧燃料圧力に抗して前記弁体を作動せしめる押圧力を出力するピエゾアクチュエータと、
コモンレール内の燃料圧力を検出する圧力検出手段と、
前記ピエゾアクチュエータを駆動する請求項１ないし３いずれか記載のピエゾアクチュエータ駆動回路とを具備し、
前記制御手段は、検出されたコモンレール内燃料圧力が高いほど目標充電量が大きくなるように設定したことを特徴とする燃料噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はピエゾアクチュエータ駆動回路および燃料噴射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ピエゾアクチュエータはＰＺＴ等の圧電材料の圧電作用を利用したもので、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等を直線動する。例えば、内燃機関の燃料噴射装置において、燃料噴射用のインジェクタの開閉弁の切り替えをピエゾアクチュエータにより行うものが知られている。
【０００３】
ピエゾアクチュエータの駆動用のピエゾアクチュエータ駆動回路は、例えば、ピエゾスタックに直流電源からスイッチング素子およびインダクタを介して通電するピエゾスタックへの第１の通電経路と、直流電源およびスイッチング素子をバイパスしてインダクタからピエゾスタックに通電する第２の通電経路とを有しており、第１の通電経路には、前記スイッチング素子のオン期間に漸増する充電電流が流れ、第２の通電経路には、前記スイッチング素子のオフ期間に漸減する充電電流がフライホイール作用で流れる。スイッチング素子のオンオフを繰り返すことで、充電電流が漸増と漸減とを繰り返してピエゾスタックの充電量が増加していき、ピエゾスタックの両端間電圧が段階的に上昇していく。これは複数スイッチング方式として知られており、充電量が所定の目標充電量に達するとスイッチング素子をオフに固定し充電を終了する。
【０００４】
充電量を可変として、ピエゾスタックの伸長量や押圧力が必要に応じて得られるようにしたものがある。特公平６−１２１０１号公報には、コモンレール式の内燃機関の燃料噴射装置に適用した例として、燃料を噴射するインジェクタの構造を、ノズル内のニードルにコモンレールから供給された燃料の圧力が開弁方向に付勢し、ピエゾスタックがニードルを加圧室内の燃料圧を介して間接的に押圧駆動して開弁する構成とした燃料噴射装置において、検出したコモンレール内燃料圧力に応じてピエソスタックの充電量を制御し、ニードルへの押圧力の適正化を図ったものが開示されている。充電の終了は、例えばピエゾスタックの両端間電圧を検出してこれが目標充電量としての目標電圧に達したか否かで判断し、スイッチング素子をオフに固定する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、スイッチング素子をオフに固定した時、インダクタには、その時点の充電電流の大きさに応じたエネルギーが蓄積されており、オフ後にフライホイール電流による充電が行われて、その分が目標充電量に対する誤差となる。この誤差は、環境の変化等でピエゾアクチュエータ駆動回路を構成する部品の定数が変化すると、ピエゾスタックの充電量が目標充電量に達した時の充電電流の大きさが変化するので、変動する。
【０００６】
充電量の誤差が最も大きくなるのは充電電流がピーク値に達した時と、スイッチング素子をオフに固定した時とが一致する場合である。したがって、充電量の誤差の抑制策として、スイッチング素子のオン期間からオフ期間に切り換えるタイミングを早めて充電電流のピーク値を抑えることが考えられる。
【０００７】
しかしながら、前記特公平６−１２１０１号公報記載の技術のようにコモンレール内燃料圧力に応じて目標充電量を制御する場合には、ピーク値を抑えることで平均充電電流が小さくなり、目標充電量が大きな値をとったときに、充電時間が長くなるという問題がある。
【０００８】
本発明は前記実情に鑑みなされたもので、必要な充電精度を確保しつつ、適正な充電時間で、充電制御を行うことのできるピエゾアクチュエータ駆動回路を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明では、内燃機関の燃料噴射装置のインジェクタに用いられるピエゾアクチュエータに設けられたピエゾスタックに直流電源からインダクタを介して通電する第１の通電経路を有し、該通電経路には、その途中に設けられてオンオフを繰り返すスイッチング素子のオン期間に漸増する充電電流を流し、
前記直流電源および前記スイッチング素子をバイパスしてインダクタからピエゾスタックに通電する第２の通電経路を有し、該通電経路には、前記スイッチング素子のオフ期間に漸減する充電電流をフライホイール作用で流し、
前記充電電流が繰り返し所定のピーク値をとるように前記スイッチング素子のオンオフを制御するとともに、前記ピエゾスタックの充電量が、外部からの入力で設定された目標充電量に達すると前記スイッチング素子をオフに固定する制御手段とを具備する複数スイッチング方式のピエゾアクチュエータ駆動回路において、
前記制御手段を、目標充電量が小さいほど、前記スイッチング素子の前記オン期間の長さが短くなり、前記オン期間から前記オフ期間に切り換えるタイミングが、前記ピーク値が小さくなるタイミングとなるように設定する。
【００１０】
目標充電量が小さいほど充電電流が減じられ、スイッチング素子がオフに固定された時点でインダクタに保持されているエネルギーは小さくなり、充電量の誤差は小さくなる。これにより、ピエゾスタックに最終的に充電される充電量に対する誤差割合は小さく抑えられる。
【００１１】
一方、目標充電量が大きいほど充電電流が増大し、速やかに目標充電量まで充電できる。なお、スイッチング素子をオフに固定した時の充電電流が相対的に大きくなるが、目標充電量自体が大きいので、ピエゾスタックに最終的に充電される充電量に対する誤差割合はさ程、大きくはなく、必要な充電精度は確保することができる。
【００１２】
前記制御手段は、請求項２記載の発明のように、充電電流に応じた第１の信号と、前記ピーク値を規定する前記目標充電量に応じた第２の信号とを比較する比較手段と、
第１の信号が第２の信号に達すると、前記スイッチング素子をオンする制御信号の出力を禁止して前記オフ期間に切り換える制御信号出力禁止手段とを具備する構成とすることができる。
【００１３】
あるいは、前記制御手段は、請求項３記載の発明のように、前記オン期間の経過時間に応じて上昇する第１の信号を発生する信号発生手段と、
第１の信号と、前記ピーク値を規定する前記目標充電量に応じた第２の信号とを比較する比較手段と、
第１の信号が第２の信号を越えると、前記スイッチング素子をオンする制御信号の出力を禁止して前記オフ期間に切り換える制御信号出力禁止手段とを具備する構成とする。
【００１４】
請求項４記載の発明では、コモンレールから供給される高圧の燃料の噴射用のノズル部と、
燃料の噴射と停止とを切り換える弁体であって、その開閉作動用として前記高圧燃料の圧力が作用する弁体と、
前記高圧燃料圧力に抗して前記弁体を作動せしめる押圧力を出力するピエゾアクチュエータと、
コモンレール内の燃料圧力を検出する圧力検出手段と、
前記ピエゾアクチュエータを駆動する請求項１ないし３いずれか記載のピエゾアクチュエータ駆動回路とを具備する構成とする。
前記制御手段は、検出されたコモンレール内燃料圧力が高いほど目標充電量が大きくなるように設定する。
【００１５】
コモンレール内燃料圧力に抗して弁体を作動し得る押圧力を過不足のない適正な大きさに制御することができる。また、ピエゾアクチュエータ駆動回路の不要な発熱が回避される。
【００１６】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
図１、図２に本発明を適用したピエゾアクチュエータ駆動回路の構成を示す。本ピエゾアクチュエータ駆動回路１は複数スイッチング方式の回路構成において、駆動制御回路１９を、充電制御において目標充電量に応じて充電電流の大きさを制御する構成としたものであり、本ピエゾアクチュエータ駆動回路１の説明に先立ち、ピエゾアクチュエータ駆動回路１を有し構成されるコモンレール式の４気筒ディーゼルエンジンの燃料噴射装置の全体構成について説明する。
【００１７】
図３に前記燃料噴射装置の構成を示す。ディーゼルエンジンの気筒数分のインジェクタ４が各気筒に対応して設けられ（図例ではインジェクタ４は１つのみ図示）、供給ライン５５を介して連通する共通のコモンレール５４から燃料の供給を受け、インジェクタ４から各気筒の燃焼室内に略コモンレール５４内の燃料圧力（以下、コモンレール圧力）に等しい噴射圧力で燃料を噴射するようになっている。コモンレール５４には燃料タンク５１の燃料が高圧サプライポンプ５３により圧送されて高圧で蓄えられる。
【００１８】
また、コモンレール５４からインジェクタ４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４の制御油圧等としても用いられ、インジェクタ４から低圧のドレーンライン５６を経て燃料タンク５１に還流するようになっている。
【００１９】
圧力検出手段である圧力センサ５７はコモンレール５４に設けられてコモンレール圧力を検出し、その検出結果に基づいてＥＣＵ５８が調量弁５２を制御してコモンレール５４への燃料の圧送量を調整し、コモンレール圧力を他のセンサ入力等により知られる運転条件に応じた適正な噴射圧となるように制御する。また、ＥＣＵ５８はクランク角度等の検出信号に基づいて燃料の噴射時期や噴射量を演算し、これに応じてインジェクタ４の開弁と閉弁とを切り換え、インジェクタ４から所定の期間、燃料を噴射せしめる。
【００２０】
図４に前記インジェクタ４の構造を示す。インジェクタ４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４は下側から順にノズル部４ａ、背圧制御部４ｂ、ピエゾアクチュエータ４ｃとなっている。
【００２１】
ノズル部４ａの本体４０４内にニードル４２１がその後端部にて摺動自在に保持されており、ニードル４２１はノズル本体４０４内の先端部に形成された環状シート４０４１に着座または離座する。ニードル４２１の先端部の外周空間４０５には高圧通路４０１を介してコモンレール５４から高圧燃料が導入され、ニードル４２１のリフト時に噴孔４０３から燃料が噴射される。ニードル４２１にはその環状段面４２１１に前記高圧通路４０１からの燃料圧がリフト方向（上向き）に作用している。
【００２２】
ニードル４２１の後方には高圧通路４０１からインオリフィス４０７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４２１の背圧を発生する背圧室４０６が形成される。この背圧は、背圧室４０６に配設されたスプリング４２２とともにニードル４２１の後端面４２１２に着座方向（下向き）に作用する。
【００２３】
前記背圧は背圧制御部４ｂで切り替えられ、背圧制御部４ｂは前記ピエゾスタック３Ａを備えたピエゾアクチュエータ４ｃにより駆動される。
【００２４】
前記背圧室４０６はアウトオリフィス４０９を介して常時、背圧制御部４ｂの弁室４１０と連通している。弁室４１０は天井面４１０１が上向きの円錐状に形成されており、天井面４１０１の最上部で低圧室４１１とつながっている。低圧室４１１はドレーンライン５６に通じる低圧通路４０２と連通している。
【００２５】
弁室４１０の底面４１０２には高圧通路４０１から分岐する高圧制御通路４０８が開口している。
【００２６】
弁室４１０内には、下側部分を水平にカットしたボール４２３が配設されている。ボール４２３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）４１０２に着座し弁室４１０を高圧制御通路４０８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）４１０１に着座し弁室４１０を前記低圧室４１１から遮断する。これにより、ボール４２３下降時には背圧室４１０がアウトオリフィス４０９、弁室４１０を経て低圧室４１１と連通し、ニードル４２１の背圧が低下してニードル４２１がリフトする。一方、ボール４２３の上昇時には背圧室４０６が低圧室４１１と遮断されて高圧通路４０１のみと連通し、ニードル４２１の背圧が上昇してノズルニードル４２１が着座する。
【００２７】
ボール４２３はピエゾアクチュエータ４ｃにより押圧駆動される。ピエゾアクチュエータ４ｃは、低圧室４１１の上方に上下方向に形成された縦穴４１２に径の異なる２つのピストン４２４，４２５が摺動自在に保持され、上側の大径のピストン４２５の上方にピエゾスタック３Ａが上下方向を伸縮方向として配設されている。
【００２８】
大径ピストン４２５はその下方に設けられたスプリング４２６によりピエゾスタック３Ａと当接状態を維持しており、ピエゾスタック３Ａ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。
【００２９】
ボール４２３と対向する下側の小径ピストン４２４と大径ピストン４２５と縦穴４１２とで画された空間には燃料が充填されて変位拡大室４１３が形成されており、ピエゾスタック３Ａの伸長で大径ピストン４２５が下方変位して変位拡大室４１３の燃料を押圧すると、その押圧力が変位拡大室４１３の燃料を介して小径ピストン４２４に伝えられる。ここで、小径ピストン４２４は大径ピストン４２５よりも小径としているので、ピエゾスタック３Ａの伸長量が拡大されて小径ピストン４２４の変位に変換される。
【００３０】
変位拡大室４１３は常時十分な燃料が満たされるように図示しないチェック弁を介して低圧通路４０２と通じている。チェック弁は低圧通路４０２から変位拡大室４１３に向かう方向を順方向として設けられており、ピエゾスタック３Ａの伸長により大径ピストン４２５が押圧された時に閉じて燃料を変位拡大室４１３に閉じ込めるようになっている。
【００３１】
燃料噴射時には、先ず、ピエゾスタック３Ａが充電されてピエゾスタック３Ａが伸長することにより、小径ピストン４２４が下降してボール４２３を押し下げる。これによりボール４２３が低圧側シート４１０１からリフトするとともに高圧側シート４１０２に着座して背圧室４０６が低圧通路４０２と連通するので、背圧室４０６の燃料圧が低下する。これにより、ニードル４２１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４２１がロフトして燃料噴射が開始される。
【００３２】
噴射停止は反対にピエゾスタック３Ａの放電によりピエゾスタック３Ａを縮小してボール４２３への押し下げ力を解除する。この時、弁室４１０内は低圧となっており、またボール４２３の底面には高圧制御通路４０８から高圧の燃料圧力が作用しているから、ボール４２３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４２３への押し下げ力の解除により、ボール４２３が高圧側シート４１０２からリフトするとともに再び低圧側シート４１０１に着座して弁室４１０の燃料圧力が上昇するため、ニードル４２１が着座し噴射が停止する。
【００３３】
次に、ピエゾアクチュエータ駆動回路１について説明する。ピエゾアクチュエータ駆動回路１は、車載のバッテリ１１１、降圧型チョッパ回路を構成しバッテリ１１１から数十〜数百Ｖの直流電圧を発生するＤＣ−ＤＣコンバータ１１２、およびその出力端に並列に接続されたバッファコンデンサ１１３により直流電源１１を構成し、ピエゾスタック３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄの充電用の電圧を出力する。バッファコンデンサ１１３は比較的静電容量の大きなもので構成され、ピエゾスタック３Ａ〜３Ｄ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。ピエゾスタック３Ｂ〜３Ｄは図４に示したピエゾスタック３Ａと実質的に同じもので、残りの３つのインジェクタ４に１対１に対応して搭載される。
【００３４】
直流電源１１のバッファコンデンサ１１３からピエゾスタック３Ａ〜３Ｄにインダクタ１３を介して通電する第１の通電経路１２ａが設けてあり、通電経路１２ａには、バッファコンデンサ１１３とインダクタ１３間にこれらと直列に第１のスイッチング素子１４が介設されている。第１のスイッチング素子１４はＭＯＳＦＥＴで構成され、その寄生ダイオード１４１がバッファコンデンサ１１３の両端間電圧に対して逆バイアスとなるように接続される。
【００３５】
また、インダクタ１３とピエゾスタック３Ａ〜３Ｄは直流電源１１および第１のスイッチング素子１４をバイパスする第２の通電経路１２ｂを形成しており、この通電経路１２ｂは、インダクタ１３とスイッチング素子１４の接続中点に接続される第２のスイッチング素子１５を有している。第２のスイッチング素子１５もＭＯＳＦＥＴで構成され、その寄生ダイオード１５１がバッファコンデンサ１１３の両端間電圧に対して逆バイアスとなるように接続される。
【００３６】
通電経路１２ａ，１２ｂはピエゾスタック３Ａ〜３Ｄのそれぞれに共通であり、次のように駆動対象としてのピエゾスタック３Ａ〜３Ｄが選択できる。すなわち、ピエゾスタック３Ａ〜３Ｄのそれぞれには直列にスイッチング素子（以下、適宜、選択スイッチング素子という）１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃ，１６Ｄが１対１に接続されており、噴射気筒のインジェクタ４のピエゾスタック３Ａ〜３Ｄに対応する１６Ａ〜１６Ｄがオンされる。選択スイッチング素子１６Ａ〜１６ＤはＭＯＳＦＥＴが用いられている。その寄生ダイオード１６１Ａ，１６１Ｂ，１６１Ｃ，１６１Ｄは、バッファコンデンサ１１３に対して逆バイアスとなるように接続されている。
【００３７】
また、駆動制御回路１９には、ピエゾスタック３Ａ〜３Ｄに直列に接続された抵抗値の小さな抵抗器１７の両端間電圧、および第２のスイッチング素子１５に直列に接続された抵抗値の小さな抵抗器１８の両端間電圧が入力しており、ピエゾスタック３Ａ〜３Ｄの充電電流および放電電流が知られるようになっている。また、駆動制御回路１９には、充電量としてのピエゾスタック３Ａ〜３Ｄの両端間電圧（以下、ピエゾスタック電圧という）が入力している。
【００３８】
スイッチング素子１４，１５，１６Ａ〜１６Ｄの各ゲートには駆動制御回路１９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ング素子１６Ａ〜１６Ｄのいずれかをオンして駆動対象のピエゾスタック３Ａ〜３Ｄが選択されるとともに、スイッチング素子１４，１５のゲートにはパルス状の制御信号である駆動信号が入力してスイッチング素子１４，１５をオンオフし、ピエゾスタック３Ａ〜３Ｄの充電制御および放電制御を行うようになっている。充電制御および放電制御にあたっては、抵抗器１７，１８により検出された充電電流および放電電流、ピエゾスタック電圧に基づいて、さらに、ＣＰＵ５８ａからの噴射信号およびコモンレール圧力の検出信号（以下、コモンレール圧力信号という）に基づいて行われる。
【００３９】
噴射信号は、「Ｈ」と「Ｌ」からなる二値信号で、燃料噴射をすべき期間に略対応して「Ｈ」となる。
【００４０】
以下に、駆動制御回路１９について、ピエゾスタック３Ａ〜３Ｄの充電を行う回路構成を中心に説明する。
【００４１】
駆動制御回路１９は、駆動信号発生回路２１でスイッチング素子１４のゲートに入力する駆動信号を発生する。駆動制御回路１９には、コモンレール圧力信号と、ピエゾスタック電圧を抵抗器２５，２６により分割した電圧信号（以下、ピエゾスタック電圧信号という）とが入力する第１の比較器２２を備えており、ピエゾスタック電圧が目標電圧よりも高いか低いかの二値信号を出力する。この二値信号はピエゾスタック電圧が目標電圧よりも低いときが「Ｈ」である。比較器２２の出力信号は駆動信号発生回路２１のＡＮＤゲート回路２１１に入力している。スイッチング素子１４の駆動信号はこのＡＮＤゲート回路２１１の出力信号であり、ピエゾスタック電圧が目標電圧よりも低い時のみスイッチング素子１４のオンが許容されることになる。すなわち、ピエゾスタック３Ａ〜３Ｄの目標充電電圧はコモンレール圧力信号に応じて与えられ、図５に示すように、後述するインジェクタ開弁電圧よりも高圧側でコモンレール圧力が高いほど高い目標電圧となる。
【００４２】
また、抵抗器１７の両端間電圧（以下、充電電流検出信号という）と基準電圧発生器２７から出力される基準電圧（以下、下限値信号という）とが入力する第２の比較器２３を備えており、充電電流検出信号が下限値信号よりも高いか低いかの二値信号を出力する。この二値信号は充電電流検出信号が下限値信号よりも低いときが「Ｈ」である。比較器２３の出力信号は噴射信号とともに駆動信号発生回路２１のＡＮＤゲート回路２１３に入力しており、ＡＮＤゲート回路２１３の出力信号はフリップフロップ回路２１２のセット端子に入力している。しかして、フリップフロップ回路２１２のセット端子は、噴射信号が出力されている間のみ、充電電流検出信号と下限値信号の比較信号が入力することになる。
【００４３】
また、第１の信号である充電電流検出信号と第２の信号である前記コモンレール圧力信号とが入力する第３の比較器２４を備えており、充電電流検出信号がコモンレール圧力信号よりも高いか低いかの二値信号を出力する。この二値信号は充電電流検出信号がコモンレール圧力信号よりも高いときが「Ｈ」である。比較器２４からの出力信号は前記フリップフロップ回路２１２のリセット端子に入力している。
【００４４】
また、駆動信号発生回路２１は、前記フリップフロップ回路２１２の出力（Ｑ）が前記比較器２２の出力信号とともにＡＮＤゲート回路２１１に入力している。
【００４５】
したがって、噴射信号が出力されており、かつピエゾスタック電圧が目標電圧に達するまで、すなわち充電期間中は、このＡＮＤゲート回路２１１，２１３の作動で、駆動信号発生回路２１からの駆動信号は、充電電流検出信号と下限値信号との比較信号である比較器２３の出力をセット信号とするとともに、充電電流検出信号とコモンレール圧力信号との比較信号である比較器２４の出力をリセット信号とするフリップフロップ回路２１２の出力（Ｑ）と等価である。
【００４６】
すなわち、スイッチング素子１４のオンにより、通電経路１２ａに充電電流が流れる。このオン期間における充電電流は、略バッファコンデンサ電圧とピエゾスタック電圧の差に比例した上昇速度で電流値が上昇し、コモンレール圧力信号の大きさで規定される所定値に達すると、比較器２４の出力が「Ｈ」となってフリップフロップ回路２１２がリセットされ、前記所定値をピーク値としてスイッチング素子１４はオフしオフ期間に入る。オフ期間には、第２のスイッチング１５の寄生ダイオード１５１がインダクタ１３に発生する誘導起電力に対し順バイアスとなり、第２の通電経路１２ｂに、インダクタ１３に蓄積されたエネルギーにより漸減する充電電流がフライホイール作用で流れて、これが下限値に達すると、比較器２３の出力が「Ｈ」となってフリップフロップ回路２１２がセットされて、再びスイッチング素子１４がオンし、オン期間に入る。
【００４７】
そして、ピエゾスタック電圧が目標電圧に達すると比較器２２の出力が「Ｌ」になってスイッチング素子１４はオフに固定される。
【００４８】
図６はピエゾアクチュエータ駆動回路１の各部の作動状態を示すタイミングチャートで、前半がコモンレール圧力が高い時のもので、後半がコモンレール圧力が低い時のものである。充電電流信号と比較されて充電電流のピーク値を規定する比較器２４の（−）入力は、コモンレール圧力に比例した大きさの信号であり、コモンレール圧力が高ければ、充電電流はピーク値が高いものとなって平均充電電流が高くなり、ピエゾスタック電圧が速やかに目標電圧に達する。一方、コモンレール圧力が低ければ、充電電流はピーク値が低いものとなり、スイッチング素子１４の１回のオンオフでの充電量が少量となる。したがって、スイッチング素子１４がオフに固定後に流れるフライホイール電流に基因する、最終的なピエゾスタック電圧に対する誤差の割合を、コモンレール圧力の低圧側でも小さく抑えることができる。なお、コモンレール圧力の高圧側では前記誤差はピーク電流が大きい分、相対的に大きくなるが、最終的なピエゾスタック電圧に対する割合はさ程、大きくならず、実質的には充電精度は確保される。
【００４９】
また、目標電圧をコモンレール圧力に応じて設定することで次の効果を奏する。図５には、低圧側シート４１０１に着座状態のボール４２３が弁室４１０内の燃料圧力に抗して低圧側シート４１０１からリフト可能な押圧力をピエゾアクチュエータ４ｃが発生する最低のピエゾスタック電圧（インジェクタ開弁電圧）を併せて示している。弁室４１０内の燃料圧力はコモンレール圧力が高いほど高いから、ボール開弁電圧もコモンレール圧力が高いほど高い。目標電圧はインジェクタ開弁電圧よりも高いことが必要になるが、必要以上に高ければボール４２３が高圧側シート４１０２に着座する時の衝撃が大きくなり、低ければボール４２３の低圧側シート４１０１から離座が安定してなされないおそれがある。目標電圧もボール開弁電圧よりも高圧側で、コモンレール圧力に応じて設定することで、ボール４２３に適正な押圧力を与えることができる。また、ピエゾアクチュエータ駆動回路１の不要な発熱が回避される。
【００５０】
なお、ピエゾスタック３Ａ〜３Ｄの放電制御は、従来装置と同様に、第２のスイッチング素子１５をオンオフし、オン期間に第２の通電経路１２ｂに漸増する放電電流を流し、オフ期間に第１の通電経路１２ａに漸減する放電電流を流す。オフ期間にはピエゾスタック３Ａ〜３Ｄからバッファコンデンサ１１３に電荷が回収されることとなる。スイッチング素子１５のオンとオフの切り換えは抵抗器１８で検出される放電電流が所定値に達するとオフし、放電電流が０に達するとオンする。
【００５１】
（第２実施形態）
図７に本発明の第２実施形態になる燃料噴射装置のピエゾアクチエータ駆動回路の構成を示す。本実施形態は、第１実施形態においてピエゾアクチュエータ駆動回路の駆動制御回路を別の構成に代えたもので、図中、第１実施形態と同じ番号を付した部分は第１実施形態と同じ作動をするので第１実施形態との相違点を中心に説明する。
【００５２】
ピエゾアクチュエータ駆動回路１Ａの駆動制御回路１９Ａは、基本的な構成が第１実施形態と同じで、充電電流のピーク値の制御を別の構成で行うようにしたものである。
【００５３】
スイッチング素子１４のオン期間からオフ期間への切り換え時期を規定するフリップフロップ回路２１２のリセット端子には、比較器２４の出力信号が入力している。比較器２４は第１実施形態と同様にコモンレール圧力信号を（−）入力とするが、（＋）入力として、ランプ波発生回路２８の出力信号が入力している。
【００５４】
ランプ波発生回路２８は定電流電源２８１が演算用コンデンサ２８２を充電するようになっており、ランプ波発生回路２８の出力信号としての演算用コンデンサ２８２の両端間電圧を一定速度で上昇せしめる。
【００５５】
演算用コンデンサ２８２には並列にトランジスタ２８３が設けられ、そのオン時に演算用コンデンサ２８２が急速放電するようになっている。トランジスタ２８３はスイッチング素子１４の駆動信号を入力とするＮＯＴゲート回路２８４の出力信号によりオンオフする。すなわち、演算用コンデンサ両端間電圧は、スイッチング素子１４のオン期間においては時間に対して線形に上昇し、スイッチング素子１４のオフ期間においては０Ｖをとる。
【００５６】
本実施形態では、充電制御期間中には、充電電流が下限値まで低下し駆動信号発生回路２１の出力信号が「Ｈ」になると充電電流の上昇が開始されるとともにトランジスタ２８３がオフして演算用コンデンサ両端間電圧が０Ｖから上昇する。そして、演算用コンデンサ両端間電圧がコモンレール圧力信号に達すると、比較器２４の出力信号が「Ｈ」になってオン期間が終了する。演算用コンデンサ両端間電圧は前記のごとくオン期間開始後の経過時間に比例して上昇するから、コモンレール圧力信号が大きいほどオン期間の長さが長くなる。すなわち、コモンレール圧力が高ければ図８の前半部のように充電電流のピーク値は高くなり、コモンレール圧力が低ければ図８の後半部のように充電電流のピーク値は低くなる。
【００５７】
これにより、第１実施形態と同様に、必要な充電精度を確保しつつ、適正な充電時間で、充電制御を行うことができる。
【００５８】
（第３実施形態）
図９に本発明の第３実施形態になる燃料噴射装置のピエゾアクチエータ駆動回路の構成を示す。本実施形態は、第１実施形態においてピエゾアクチュエータ駆動回路の駆動制御回路を別の構成に代えたもので、図中、第１実施形態と同じ番号を付した部分は第１実施形態と同じ作動をするので第１実施形態との相違点を中心に説明する。
【００５９】
ピエゾアクチュエータ駆動回路１Ｂの駆動制御回路１９Ｂは、基本的な構成が第１実施形態と同じで、比較器２２，２４に入力するコモンレール圧力信号を、ＣＰＵ５８ａからではなく、コモンレール圧力センサ５７の検出信号を入力とする増幅器２９が出力する構成としたものである。
【００６０】
本実施形態でも前記第１実施形態と同様にコモンレール圧力が低くピエゾスタック３Ａ〜３Ｄの目標充電電圧が低い時に分解能を高めることで、高精度な充電制御が実現できる。
【００６１】
なお、前記各実施形態ではピエゾスタック電圧を充電量の指標としているが、ピエゾスタックに供給される電力量や電荷量を指標としてもよいのは勿論である。
【００６２】
また、コモンレール圧力信号はコモンレール圧力に対して比例するように与えられるのではなく、図のインジェクタ開弁電圧の特性に応じて曲線的に与えられるのでもよい。
【００６３】
また、本発明は、インジェクタの燃料噴射制御用のピエゾアクチュエータだけではなく、目標充電量が可変の構成であれば、他の用途に用いられるピエゾアクチュエータの駆動用にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した第１のピエゾアクチュエータ駆動回路の回路図である。
【図２】前記ピエゾアクチュエータ駆動回路の要部回路図である。
【図３】前記ピエゾアクチュエータ駆動回路により駆動されるピエゾアクチュエータが搭載された燃料噴射用のインジェクタを有する内燃機関の燃料噴射装置の構成図である。
【図４】前記インジェクタの断面図である。
【図５】前記ピエゾアクチュエータ駆動回路の作動を説明するグラフである。
【図６】前記ピエゾアクチュエータ駆動回路の各部の作動を示すタイミングチャートである。
【図７】本発明を適用した第２のピエゾアクチュエータ駆動回路の要部回路図である。
【図８】前記ピエゾアクチュエータ駆動回路の各部の作動を示すタイミングチャートである。
【図９】本発明を適用した第３のピエゾアクチュエータ駆動回路の要部回路図である。
【符号の説明】
１，１Ａ，１Ｂ  ピエゾアクチュエータ駆動回路
１１  直流電源
１１１  バッテリ
１１２  ＤＣ−ＤＣコンバータ
１１３  バッファコンデンサ
１２ａ，１２ｂ  通電経路
１３  インダクタ
１４  第１のスイッチング素子
１４１  寄生ダイオード
１５  第２のスイッチング素子
１５１  寄生ダイオード
１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃ，１６Ｄ  選択スイッチング素子
１６１Ａ，１６１Ｂ，１６１Ｃ，１６１Ｄ  寄生ダイオード
１７，１８  抵抗器
１９，１９Ａ，１９Ｂ  駆動制御回路（制御手段）
２１２  フリップフロップ回路（制御信号出力禁止手段）
２４  比較器（比較手段）
２８  ランプ波発生回路（信号発生手段）
３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ  ピエゾスタック
４  インジェクタ
４ａ  ノズル部
４ｂ  背圧制御部
４ｃ  ピエゾアクチュエータ
５４  コモンレール
５７  コモンレール圧力センサ（圧力検出手段）
５８  ＥＣＵ
５８ａ  ＣＰＵ
【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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